Kjemisk konsentrasjon: Måter å uttrykke det, Enheter, Molalitet og Molaritet
Kjemisk konsentrasjon er det numeriske målet for den relative mengden av oppløsningsmiddel i en løsning. Dette tiltaket uttrykker et forhold av løsningsmidlet med hensyn til en mengde eller volum av løsningsmidlet eller løsningen i konsentrasjonsenheter. Begrepet "konsentrasjon" er knyttet til mengden løsemiddel tilstede: en løsning vil være mer konsentrert, jo mer løsemiddel den har.
Disse enhetene kan være fysiske når størrelsen på masse og / eller volum av komponentene i løsningen eller kjemikaliene er tatt i betraktning, når konsentrasjonen av løsemiddelet uttrykkes i form av dets mol eller ekvivalenter, idet Avogadro er nummer som referanse.
Dermed er det ved bruk av molekylære eller atomvekter og antall Avogadro mulig å omdanne de fysiske enhetene til kjemiske stoffer når de uttrykker konsentrasjonen av et bestemt oppløsningsmiddel. Derfor kan alle enhetene konverteres til samme løsning.
Løsninger fortynnet og konsentrert
Hvordan kan det bli lagt merke til om en konsentrasjon er meget fortynnet eller konsentrert? Ved første øyekast ved manifestasjon av noen av dets organoleptiske eller kjemiske egenskaper; det vil si de som oppfatter sansene eller som kan måles.
Øvre bilde viser en fortynning av en konsentrasjon av kaliumdikromat (K 2 Cr 2 O 7 ), som utviser en oransje farge. Fra venstre til høyre kan du se hvordan fargen reduserer intensiteten ettersom konsentrasjonen er fortynnet og tilsetter mer løsningsmiddel.
Denne fortynningen gjør det mulig å oppnå en fortynnet konsentrasjon fra en konsentrert en. Farge (og andre "skjulte" egenskaper i sin oransje barm) endres på samme måte som konsentrasjonen, enten med fysiske eller kjemiske enheter.
Men hva er kjemiske konsentrasjonsenheter? Blant dem er molariteten eller molakonsentrasjonen av en løsning, som relaterer molene av løsemiddel til totalvolumet av oppløsningen i liter.
Molalitet er også kjent som molalkonsentrasjon, som refererer til molene løsemiddel, men som er inneholdt i en standardisert mengde løsningsmiddel eller løsningsmiddel som er nøyaktig ett kilo.
Dette løsningsmidlet kan være rent, eller hvis løsningen inneholder mer enn ett løsningsmiddel, vil molaliteten være molene av løsningen per kilo løsningsmiddelblandingen.
Og den tredje enheten av kjemisk konsentrasjon er normaliteten eller normal konsentrasjon av en løsning som uttrykker antall kjemiske ekvivalenter av løsningen per liter av løsningen.
Enheten der normalitet er uttrykt er i ekvivalenter per liter (Eq / L), og i medisin er konsentrasjonen av elektrolytter i humant serum uttrykt i milliekvivalenter per liter (mEq / L).
Måter å uttrykke konsentrasjon
Konsentrasjonen av en løsning kan betegnes på tre hovedveier, selv om de har et stort utvalg av termer og enheter i seg selv, som kan brukes til å uttrykke måleverdien av denne verdien: den kvalitative beskrivelsen, den kvantitative notasjonen og klassifiseringen i termer av løselighet.
Avhengig av hvilket språk og kontekst du jobber i, velger du en av tre måter å uttrykke konsentrasjonen av en blanding på.
Kvalitativ beskrivelse
Brukt hovedsakelig i uformelt og ikke-teknisk språk, uttrykkes den kvalitative beskrivelsen av konsentrasjonen av en blanding i form av adjektiver, som generelt viser konsentrasjonsnivået som en løsning har.
På denne måten er minimumsverdien av konsentrasjon i henhold til den kvalitative beskrivelsen den for en "fortynnet" løsning, og maksimumet er "konsentrert".
Vi snakker om fortynnede løsninger når en løsning har en meget lav andel løsemiddel, avhengig av totalvolumet av løsningen. Hvis du vil fortynne en løsning, må du legge til en større mengde løsningsmiddel eller se etter måter å redusere løsningen på.
Nå snakker vi om konsentrerte løsninger når de har en høy andel løsemiddel, avhengig av totalvolumet av løsningen. For å konsentrere en løsning, legg til mer løsemiddel, eller reduser mengden løsningsmiddel.
I denne forstand kalles kvalitativ beskrivelse denne klassifiseringen, ikke bare fordi den mangler matematiske målinger, men for dens empiriske kvalitet (kan tilskrives visuelle egenskaper, lukter og smaker uten behov for vitenskapelig bevis).
Klassifisering ved oppløselighet
Oppløseligheten av en konsentrasjon angir maksimal oppløsningsevne som en oppløsning har, avhengig av forhold som temperatur, trykk og substanser som er oppløst eller i suspensjon.
Løsningene kan klassifiseres i tre typer i henhold til deres oppløsningsnivå oppløst ved målingen: umettede, mettede og overmettet løsninger.
- umettede løsninger er de som inneholder en mindre mengde løsemiddel enn det som kan oppløse løsningen. I dette tilfellet har løsningen ikke nådd sin maksimale konsentrasjon.
- Mettede løsninger er de hvor maksimal mengde løsemiddel er oppløst i løsningsmidlet ved en bestemt temperatur. I dette tilfellet er det en balanse mellom begge stoffene, og løsningen kan ikke akseptere mer løsemiddel (siden det kommer til å utfelle).
- Overmettet løsninger har mer løsemiddel enn løsningen ville akseptere under likevektsbetingelser. Dette oppnås ved oppvarming av en mettet løsning, og tilsetter mer løsemiddel enn normalt. Når det er kaldt, vil det ikke utløse løsningen automatisk, men noen forstyrrelser kan forårsake denne effekten på grunn av ustabiliteten.
Kvantitativ notasjon
I det øyeblikket du studerer en løsning som skal brukes på det tekniske eller vitenskapelige området, er det nødvendig med en presisjon målt og uttrykt i enheter, som beskriver konsentrasjonen i henhold til dens nøyaktige verdier av masse og / eller volum.
Derfor er det en serie enheter som brukes til å uttrykke konsentrasjonen av en løsning i sin kvantitative notasjon, som er delt inn i fysisk og kjemisk, og som igjen har sine egne underoppdelinger.
Enhetene av fysiske konsentrasjoner er de av "relativ konsentrasjon", som uttrykkes i prosentandel. Det er tre måter å uttrykke prosentvise konsentrasjoner på: masseprosent, volumprosent og volumprosent.
I motsetning til dette er enheter av kjemiske konsentrasjoner basert på de molære mengder, ekvivalenter per gram, deler per million og andre egenskaper av løsningsmidlet i forhold til løsningen.
Disse enhetene er de vanligste for deres høye presisjon når man måler konsentrasjoner, og derfor er de vanligvis de som du vil vite for å jobbe med kjemiske løsninger.
Konsentrasjonsenheter
Som beskrevet i de foregående avsnitt, i det øyeblikket kvantitativt karakteriserer konsentrasjonen av en løsning, bør beregningene styres av de eksisterende enheter for det formål.
Konsentrasjonsenhetene er også delt inn i de med relativ konsentrasjon, de med fortynnede konsentrasjoner, de basert på mol, og andre.
Enheter av relativ konsentrasjon
De relative konsentrasjoner er de som uttrykkes i prosent, som det ble oppkalt i forrige avsnitt. Disse enhetene er delt inn i massemasseprosent, volumvolumprosent og massevolumprosent, og beregnes som følger:
-% masse = løsningsmasse (g) / masse av total oppløsning (g) x 100
- volum% = oppløsningsvolum (ml) / volum av total oppløsning (ml) x 100
-% masse / volum = masse av løsemiddel (g) / volum av total oppløsning (ml) x 100
I dette tilfellet, for å beregne massen eller volumet av total oppløsning, må massen eller volumet av løsemiddelet tilsettes med løsningsmiddelets.
Enheter med fortynnet konsentrasjon
Enhetene med fortynnet konsentrasjon er de som brukes til å uttrykke de svært små konsentrasjoner som er i form av spor i en fortynnet løsning; Den vanligste bruken som presenteres for disse enhetene er å finne spor av oppløst gass i en annen, for eksempel agenter som forurenser luften.
Disse enhetene er angitt i form av deler per million (ppm), deler per milliard (ppb) og deler per trillion (ppt) og uttrykkes som følger:
- ppm = 1 mg løsemiddel / 1 liter løsning
- ppb = 1 μg oppløst / 1 liter løsning
- ppt = 1 ng oppløst / 1 L løsning
I disse uttrykkene er mg lik milligram (0, 001 g), μg er lik mikrogram (0.000001 g) og ng er lik nanogram (0.000000001 g). Disse enhetene kan også uttrykkes i volum / volum.
Konsentrasjonsenheter i henhold til mol
Konsentrasjonsenhetene basert på mol er de av den molære fraksjonen, molarprosenten, molariteten og molaliteten (disse to siste er bedre beskrevet i enden av artikkelen).
Molefraksjonen av et stoff er fraksjonen av alle dets bestanddelmolekyler (eller atomer) som en funksjon av de totale molekyler eller atomer. Det beregnes som følger:
X A = antall mol stoff A / totalt antall mol i oppløsning
Denne prosedyren gjentas for de andre stoffene i løsningen, idet det tas hensyn til at summen av X A + X B + X C ... må være lik en.
Molarprosenten fungerer på samme måte som X A, bare det avhengig av prosentandelen:
Molar prosentandel av A = X A x 100%
I den siste delen vil molaritet og molalitet bli diskutert i detalj.
Formalitet og normalitet
Til slutt er det to konsentrasjonsenheter som for tiden er i bruk: formalitet og normalitet.
Formaliteten til en løsning representerer vektformel-gramnummeret per liter totaloppløsning. Det uttrykkes som:
F = nr. PFG / L-oppløsning
I dette uttrykket er PFG lik vekten av hvert atom av stoffet, uttrykt i gram.
I stedet representerer normalitet antall oppløste ekvivalenter dividert med liter oppløsning, som uttrykt nedenfor:
N = ekvivalent gram løsemiddel / L-løsning
I nevnte uttrykk kan det ekvivalente gram av løsemiddel beregnes ved antall mol H +, OH- eller andre metoder, avhengig av typen av molekyl.
molariteten
Molariteten eller molakonsentrasjonen av et oppløsningsmiddel er enheten av kjemisk konsentrasjon som uttrykker eller relaterer molene av løsningsmidlet (n) som finnes i en (1) liter (L) av løsningen.
Molariteten er betegnet med bokstaven M og for å bestemme molene av løsningsmidlet (n) gassen av løsningsmidlet (g) er delt av molekylvekten (MW) av løsningsmidlet.
Dessuten oppnås molekylvekt PM av løsningsmidlet fra summen av atomvektene (PA) eller atommassen av de kjemiske elementene, i betraktning av den andel i hvilken de kombinerer for å danne løsningsmidlet. Dermed har forskjellige oppløsninger deres egne parlamentsmedlemmer (selv om dette ikke alltid er tilfelle).
Disse definisjonene er oppsummert i følgende formler som brukes til å utføre de tilsvarende beregningene:
Molaritet: M = n (mol løsemiddel) / V (liter løsning)
Antall mol: n = g av løsemiddel / PM av løsemiddel
Øvelse 1
Beregn Molariteten av en løsning som er fremstilt med 45 g Ca (OH) 2 oppløst i 250 ml vann.
Det første som må beregnes er molekylvekten av Ca (OH) 2 (kalsiumhydroksyd). Ifølge sin kjemiske formel er forbindelsen en kalsiumkation og to oksidriske anioner. Her er vekten av en elektron mindre eller mer enn arten ubetydelig, slik at atomvektene blir tatt:
Antallet mol av løsemiddelet vil da være:
n = 45 g / (74 g / mol)
n = 0, 61 mol Ca (OH) 2
0, 61 mol løsemiddel oppnås, men det er viktig å huske at disse molene er oppløst i 250 ml oppløsning. Som definisjonen av Molarity er mol i en liter eller 1000 ml, må en enkel regel på tre gjøres for å beregne molene som er i 1000 ml av nevnte løsning
Hvis i 250 ml oppløsning er det => 0, 61 mol løsemiddel
I 1000 ml løsning => x Hvor mange mol er der?
x = (0, 61 mol) (1000 ml) / 250 ml
X = 2, 44 M (mol / L)
En annen måte
Den andre måten å få molene til å bruke formelen krever at du tar 250 ml til liter, og bruker også en regel på tre:
Hvis 1000 ml => er 1 liter
250 ml => x Hvor mange liter er?
x = (250 ml) (1 1) / 1000 ml
x = 0, 25 L
Erstatter da i Molaritetsformelen:
M = (0, 61 mol løsemiddel) / (0, 25 liter oppløsning)
M = 2, 44 mol / L
Øvelse 2
Hva betyr det at en HCl-løsning er 2, 5 M?
HCl-løsningen er 2, 5 molar, noe som betyr at en liter av den har oppløst 2, 5 mol saltsyre.
normalitet
Normaliteten eller ekvivalent konsentrasjon er enheten for kjemisk konsentrasjon av løsningene som er betegnet med bokstaven N. Denne konsentrasjonsenheten indikerer oppløsningsreaktiviteten og er lik antall løsningsmiddelekvivalenter (Eq) mellom volumet av oppløsningen uttrykt i liter.
N = Eq / L
Antall ekvivalenter (Eq) er lik gramet løsemiddel mellom ekvivalentvekten (PEq).
Eq = g oppløst / PEq
Ekvivalentvekten, eller også kjent som gram ekvivalent, beregnes ved å oppnå molekylvekten til løsningsmidlet og dividere den med en ekvivalent faktor som i forbindelse med oppsummering i ligningen kalles zeta delta (AZ).
PEq = PM / AZ
beregningen
Beregningen av normalitet vil ha en meget spesifikk variasjon i ekvivalentfaktoren eller ΔZ, som også avhenger av typen kjemisk reaksjon hvor det oppløste eller reaktive arten deltar. Noen tilfeller av denne varianten kan nevnes nedenfor:
- Når det er en syre eller base, ΔZ eller tilsvarende faktor, vil den være lik antall hydrogenioner (H +) eller hydroksyl OH- som løsningen har. For eksempel har svovelsyre (H2SO4) to ekvivalenter fordi den har to syreprotoner.
- Når det gjelder oksydasjonsreduksjonsreaksjoner, svarer AZ til antall elektroner som er involvert i oksidasjons- eller reduksjonsprosessen, avhengig av det spesifikke tilfellet. Her kommer inn i avspillingen av kjemiske ligninger og spesifikasjonen av reaksjonen.
-Også denne ekvivalente faktor eller AZ vil svare til antall ioner som faller ut i reaksjonene som er klassifisert som utfelling.
Øvelse 1
Bestem normaliteten av 185 g Na 2 SO 4 funnet i 1, 3 liter løsning.
Molekylvekten til løsningen av denne løsningen beregnes først:
Det andre trinnet er å beregne ekvivalentfaktoren eller ΔZ. I dette tilfellet, som natriumsulfat er et salt, vil valensen eller ladningen av kation eller metall Na + bli vurdert, som vil bli multiplisert med 2, som er underskriften av kjemisk formel for saltet eller løsningen:
Na 2 SO 4 => ΔZ = Valencia Kation x Subindex
ΔZ = 1 x 2
For å oppnå ekvivalentvekten erstattes den i sin respektive ligning:
PEq = (142, 039 g / mol) / (2 ekv / mol)
PEq = 71, 02 g / Eq
Og så kan du fortsette å beregne antall ekvivalenter, igjen ta en annen enkel beregning:
Eq = (185 g) / (71, 02 g / Eq)
Antall ekvivalenter = 2, 605 ekv
Til slutt beregnes normalitet med alle nødvendige data ved å erstatte i henhold til dens definisjon:
N = 2, 605 ekv / 1, 3 l
N = 2, 0 N
molaritet
Molalitet er betegnet med små bokstaver m og er lik molene løsemiddel som er til stede i ett (1) kilo av løsningsmidlet. Det kalles også en molalkonsentrasjon og beregnes med følgende formel:
m = mol løsemiddel / kg løsningsmiddel
Mens Molariteten fastslår forholdet mellom molene løsemiddel inneholdt i en (1) liter av løsningen, relaterer molaliteten molene løsemiddel som finnes i ett (1) kilo løsningsmiddel.
I de tilfellene hvor løsningen fremstilles med mer enn ett løsningsmiddel, vil molaliteten uttrykke det samme som molene av løsemiddelet per kilo av blandingen av løsningsmidlene.
Øvelse 1
Bestem molaliteten av en oppløsning som ble fremstilt ved å blande 150 g sukrose (C 12 H 22 0 11 ) med 300 g vann.
Molekylvekten til sukrose bestemmes først for å fortsette å beregne molene av løsningen av denne oppløsningen:
Antall mol sukrose beregnes:
n = (150 g sukrose) / (342, 109 g / mol)
n = 0, 438 mol sukrose
Etter at grammet av løsningsmiddel er tatt til kilo for å bruke den endelige formelen.
Erstatter da:
m = 0, 438 mol sukrose / 0, 3 kg vann
m = 1, 46 mol C12H22 011 / Kg H20
Selv om det for tiden er en debatt om det endelige uttrykket for molalitet, kan dette resultatet også uttrykkes som:
1, 26 m 12 H 22 0 11 eller 1, 26 mol
Det anses å være fordelaktig ved noen anledninger å uttrykke konsentrasjonen av løsningen i form av molalitet, siden løsningsmiddel- og løsningsmiddelmassene ikke lider svake fluktuasjoner eller ujevn forandringer på grunn av effekter av temperatur eller trykk; som det gjør i løsninger med gassformig løsemiddel.
Videre er det påpekt at denne konsentrasjonsenheten referert til et bestemt løsemiddel, blir uendret ved eksistensen av andre oppløsninger i løsningen.
Anbefalinger og viktige notater om kjemisk konsentrasjon
Volumet av løsningen er alltid større enn løsningsmiddelets
Når løsningsøvelsene løses, oppstår feilen ved å tolke volumet av en løsning som om det var løsningsmidlet. For eksempel, hvis ett gram sjokoladepulver er oppløst i en liter vann, er volumet av løsningen ikke det samme som for en liter vann.
Hvorfor ikke? Fordi løsningsmidlet alltid vil ha plass mellom løsningsmiddelmolekylene. Når løsningsmidlet har en høy affinitet for løsningsmidlet, kan volumendringen etter oppløsning være latterlig eller ubetydelig.
Men, om ikke, og enda mer hvis mengden løsemiddel er stor, må volumendringen tas i betraktning. Å være således: Vsolvente + Vsoluto = Vsolución. Kun i fortynnede løsninger eller hvor mengdene av oppløsningen er små er gyldig Vsolvente = Vsolución.
Denne feilen må holdes særlig oppmerksom, spesielt når du arbeider med væskeoppløsninger. For eksempel, hvis i stedet for å oppløse sjokoladepulver, blir honning oppløst i alkohol, så vil volumet av tilsatt honning ha merkbare effekter på totalvolumet av løsningen.
Derfor, i disse tilfellene må volumet av løsemiddelet tilsettes til løsningsmiddelets.
Utility of Molarity
- Å vite Molariteten av en konsentrert løsning gjør det mulig å utføre fortynningsberegningene ved hjelp av den enkle formelen M1V1 = M2V2, hvor M1 tilsvarer opprinnelig Molaritet av løsningen og M2 Molariteten til løsningen som du vil forberede fra løsningen med M1.
- Å vite Molariteten til en løsning, kan du enkelt beregne normaliteten av det ved å bruke følgende formel: Normalitet = ekvivalent tall x M
Formlene lagres ikke, men enhetene eller definisjonene er
Imidlertid feiler minnet noen ganger ikke alle likningene som er relevante for konsentrasjonsberegninger. For dette er det veldig nyttig å ha en klar definisjon av hvert konsept.
Fra definisjonen skrives enhetene ved å bruke konverteringsfaktorene til å uttrykke de som samsvarer med det som skal bestemmes.
For eksempel, hvis du har molaliteten og du vil konvertere den til normalitet, fortsett som følger:
(mol / kg oppløsningsmiddel) x (kg / 1000g) (g løsningsmiddel / ml) (ml løsningsmiddel / ml oppløsning) (1000 ml / l)
Merk at (g løsningsmiddel / ml) er tettheten av løsningsmidlet. Begrepet (ml løsningsmiddel / ml løsning) refererer til hvor mye volum løsningen faktisk tilsvarer løsningsmidlet. I mange øvelser er denne siste termen lik 1, av praktiske årsaker, selv om det aldri er helt sant.
