KÉMIAI KONCENTRÁCIÓ: KIFEJEZÉS, MÉRTÉKEGYSÉGEK, MOLITÁS - KÉMIA - 2025

A kémiai koncentráció az oldott anyag relatív mennyiségének numerikus mértéke az oldatban. Ez a mérés az oldott anyag arányát fejezi ki az oldószer vagy az oldat mennyiségének vagy térfogatának koncentráció egységében. A "koncentráció" kifejezés a jelen lévő oldott anyag mennyiségére vonatkozik: egy oldat minél koncentráltabb, annál oldottabb anyagú.

Ezek az egységek lehetnek fizikai, ha figyelembe veszik az oldat vagy a vegyi anyagok alkotóelemeinek tömegét és / vagy térfogatát, ha az oldott anyag koncentrációját mol vagy ekvivalensekben fejezik ki, figyelembe véve az Avogadro számát.

Írta: Leiem, a Wikimedia Commonsból

Így molekuláris vagy atomi súlyok és az Avogadro számának felhasználásával lehetséges a fizikai egységeket kémiai egységekké konvertálni, amikor egy adott oldott anyag koncentrációját fejezik ki. Ezért minden egység konvertálható ugyanahhoz a megoldáshoz.

Hígított és koncentrált oldatok

Hogyan lehet megmondani, ha egy koncentráció nagyon híg vagy koncentrált? Első pillantásra az érzékszervi vagy kémiai tulajdonságainak bármely megnyilvánulása; vagyis azokat, amelyeket az érzékek érzékelnek vagy meg lehet mérni.

A felső kép a kálium-dikromát (K ₂ Cr ₂ O ₇) koncentrációjának hígítását mutatja, amely narancssárga színű. Balról jobbra láthatja, hogyan csökken a szín intenzitása, amikor a koncentráció hígul, további oldószert adva.

Ez a hígítás lehetővé teszi híg koncentráció elérését koncentrált oldatból. A szín (és a narancssárga mag többi "rejtett" tulajdonsága) ugyanúgy megváltozik, mint a koncentrációja, akár fizikai, akár kémiai egységeknél.

De mi a koncentráció kémiai egysége? Ezek között szerepel egy oldat moláris vagy moláris koncentrációja, amely az oldott anyag moljait az oldat teljes térfogatával fejezi ki literben.

Van is molalitás vagy más néven moláris koncentráció, amely az oldott anyag moljaira vonatkozik, de amelyek standardizált mennyiségben tartalmaznak oldószert vagy oldószert, pontosan egy kilogrammot.

Ez az oldószer lehet tiszta, vagy ha az oldat egynél több oldószert is tartalmaz, akkor a molitás az oldott anyag mólja az oldószerelegy kilogrammjára vonatkoztatva.

És a kémiai koncentráció harmadik egysége az oldat normalitása vagy normál koncentrációja, amely az oldott anyag kémiai egyenértékének számát fejezi ki az oldat literére vonatkoztatva.

Az az egység, amelyben a normalitást kifejezik, ekvivalens / liter (Eq / L), és az orvostudományban az elektrolitok koncentrációját az emberi szérumban milliekvivalensek / literben (mEq / L) fejezik ki.

A koncentráció kifejezésének módjai

A megoldás koncentrációját három fő módon lehet megnevezni, annak ellenére, hogy magukban nagyon sokféle kifejezés és egység van, amelyek felhasználhatók az érték mértékének kifejezésére: kvalitatív leírás, kvantitatív jelölés és osztályozás oldódnak.

Attól függően, hogy milyen nyelven és milyen környezetben dolgozik, a keverék koncentrációjának kifejezésére a három módszer egyikét választják.

Minőségi leírás

Elsősorban informális és nem technikai nyelven használják a keverék koncentrációjának kvalitatív leírását melléknevek formájában, amelyek általánosított módon jelzik az oldat koncentrációjának szintjét.

Így a kvalitatív leírás szerint a legkisebb koncentrációszint egy "híg" oldat, a legmagasabb pedig a "koncentrált" koncentráció.

Híg oldatokról beszélünk, amikor egy oldat oldott anyagának nagyon alacsony aránya van az oldat teljes térfogatának függvényében. Ha hígítani szeretne egy oldatot, adjon hozzá további oldószert, vagy keressen megoldást az oldott anyag csökkentésére.

Koncentrált oldatokról beszélünk, amikor az oldott anyag aránya az oldat teljes térfogatának függvényében nagy. Az oldat koncentrálásához adjon hozzá további oldott anyagot vagy csökkentse az oldószer mennyiségét.

Ebben az értelemben ezt a besorolást kvalitatív leírásnak nevezik, nemcsak azért, mert hiányzik a matematikai mérések, hanem empirikus tulajdonságai miatt is (a vizuális tulajdonságoknak, az illatoknak és az ízeknek tulajdoníthatók, tudományos tesztek nélkül).

Besorolás oldhatóság szerint

A koncentráció oldhatósága az oldott anyag maximális kapacitását jelzi, amely az oldat hőmérséklettől, nyomástól és az oldott vagy szuszpenzióban lévő anyagokatól függően függ.

Az oldatokat három kategóriába lehet sorolni az oldott oldott anyag szintje alapján a mérés időpontjában: telítetlen, telített és telített oldatok.

- Telítetlen oldatok azok, amelyek kisebb mennyiségű oldott anyagot tartalmaznak, mint az oldat képes feloldódni. Ebben az esetben az oldat nem érte el a maximális koncentrációt.

- Telített oldatok azok, amelyekben a lehető legtöbb oldott anyag feloldódik az oldószerben egy meghatározott hőmérsékleten. Ebben az esetben egyensúly áll fenn mindkét anyag között, és az oldat nem képes több oldott anyagot elfogadni (mivel ez kicsapódik).

- A túltelített oldatok oldottabb anyagot tartalmaznak, mint az egyensúlyi körülmények között. Ehhez telített oldatot melegítünk, és a szokásosnál több oldott anyagot adunk hozzá. Ha hideg van, az nem oldja ki automatikusan az oldott anyagot, de instabilitása miatt bármilyen zavar okozhatja ezt a hatást.

Mennyiségi jelölés

A műszaki vagy tudományos területen alkalmazandó megoldás tanulmányozásakor pontossággal kell mérni és mértékegységeket kifejezni, amelyek a tömeg és / vagy térfogat pontos értékei szerint írják le a koncentrációt.

Ezért létezik egy sor olyan egység, amelyet az oldat koncentrációjának kifejezésére használnak annak mennyiségi megjelölésében, amelyeket fizikai és kémiai részekre osztanak, és amelyeknek viszont vannak saját felosztásuk.

A fizikai koncentráció egységei a "relatív koncentráció" egységei, amelyeket százalékban fejeznek ki. A százalékos koncentrációk kifejezésének három módja van: tömegszázalék, térfogatszázalék és tömegszázalék.

Ehelyett a kémiai koncentráció egységei moláris mennyiségeken, gram-ekvivalenseken, millió részre vonatkoznak, és az oldott anyag egyéb jellemzőire vonatkoznak az oldathoz viszonyítva.

Ezek az egységek a leggyakoribbak a nagy pontosságú koncentrációk mérésekor, és ezért általában azokat akarják tudni, hogy vegyi oldatokkal dolgozzanak.

Koncentrációs egységek

Mint az előző szakaszokban leírtuk, amikor egy oldat koncentrációját mennyiségileg jellemzik, a számításokat erre a célra a meglévő egységeknek kell irányítaniuk.

Hasonlóképpen, a koncentrációs egységeket megosztják a relatív koncentráció, a híg koncentráció és a molokon alapuló egységek és további egységek között.

Relatív koncentrációegységek

A relatív koncentrációk az előző szakaszban megnevezett százalékban vannak kifejezve. Ezeket az egységeket tömeg-tömeg%, térfogat-térfogat százalék és tömeg-térfogat százalékra osztják, és az alábbiak szerint számítják:

- tömeg% = oldott anyag tömege (g) / a teljes oldat tömege (g) x 100

- térfogat% = oldott anyag térfogata (ml) / az oldat teljes térfogata (ml) x 100

- tömeg% / térfogat = oldott anyag tömege (g) / az oldat teljes térfogata (ml) x 100

Ebben az esetben a teljes oldat tömegének vagy térfogatának kiszámításához az oldott anyag tömegét vagy térfogatát hozzá kell adni az oldószeréhez.

A híg koncentráció egységei

A híg koncentráció egységei azok, amelyeket kifejezetten azoknak a nagyon kis koncentrációknak a kifejezésére használnak, amelyek nyomás formájában vannak egy híg oldatban; ezeknél az egységeknél a leggyakoribb módszer az egyik gáz nyomainak megtalálása a másikban oldott gázokban, például a levegőt szennyező szerekben.

Ezeket az egységeket millió / ppm (ppm), milliárd rész (ppb) és trillió / rész (ppt) formájában sorolják fel, és a következők szerint fejezik ki:

- ppm = 1 mg oldott anyag / 1 liter oldat

- ppb = 1 μg oldott anyag / 1 liter oldat

- ppt = 1 ng oldott anyag / 1 liter oldat

Ezekben a kifejezésekben mg egyenlő milligrammal (0,001 g), μg egyenlő mikrogrammmal (0,000001 g), ng pedig nanogrammmal (0,000000001 g). Ezek az egységek térfogatban / térfogatban is kifejezhetők.

A koncentrációegységek a vakond függvényében

A molokon alapuló koncentrációs egységek a mólarány, a mólarány, a mólarány és a mólaérték egységei (az utóbbi kettőt jobban leírjuk a cikk végén).

Az anyag mólfrakciója az összes alkotó molekula (vagy atom) frakciója az összes molekula vagy atom függvényében. Ezt a következőképpen kell kiszámítani:

X _A = az A anyag móljainak száma / az oldatban szereplő összes mól száma

Ezt az eljárást meg kell ismételni az oldatban lévő többi anyag esetében, figyelembe véve, hogy az X _A + X _B + X _C … összegének egyenlőnek kell lennie.

A molszázalék az X _A-hoz hasonló módon működik, csak a százalékos arányban:

Az A = X _A x 100% moláris százaléka

Az utolsó rész részletesen tárgyalja a molaritást és a molaritást.

Forma és normalitás

Végül, a koncentráció két egységét jelenleg nem használják: formalitás és normálitás.

Az oldat formalitása a tömeg-képlet gramm számát adja az oldat teljes literére vonatkoztatva. Ezt kifejezik:

F = Nem. PFG / L oldat

Ebben a kifejezésben a PFG egyenlő az anyag egyes atomjainak grammban kifejezett tömegével.

Ehelyett a normalitás az oldott ekvivalensek számát osztja az oldat literjeivel, az alábbiak szerint:

N = ekvivalens gramm oldott / liter oldat

Az említett kifejezésben az oldott anyag ekvivalens grammja számítható a H ⁺, OH ^- vagy egyéb módszerek számával, a molekula típusától függően.

molaritás

Az oldott anyag molaritása vagy moláris koncentrációja a kémiai koncentráció egysége, amely kifejezi vagy összekapcsolja az oldott anyag (n) moljait, amelyek egy (1) liter (L) oldatban vannak.

A molaritást az M nagybetű jelöli, és az oldott anyag (n) moljának meghatározásához az oldott anyag (g) grammjait el kell osztani az oldott anyag molekulatömegével (MW).

Hasonlóképpen, az oldott anyag molekulatömegét MW a kémiai elemek atomtömegének (PA) vagy atomtömegének összegéből nyerik, figyelembe véve azt az arányt, amelyben ezek összekapcsolódnak az oldott anyag előállításához. Így a különböző oldott anyagoknak megvan a saját PM-je (bár nem mindig ez a helyzet).

Ezeket a meghatározásokat a következő képletek foglalják össze, amelyeket a megfelelő számítások elvégzéséhez használtak:

Molaritás: M = n (oldott anyag mol) / V (liter oldat)

Mólszám: n = oldott anyag g / oldott anyag MW

1. Feladat

Számítsuk ki egy oldat molaritását, amelyet 45 g Ca (OH) _2- vel készítünk 250 ml vízben.

Az első számítás a Ca (OH) ₂ (kalcium-hidroxid) molekulatömege. Kémiai képletük szerint a vegyület kalcium-kationból és két hidroxil-anionból áll. Itt a fajnál kevesebb vagy annál nagyobb elektron tömege elhanyagolható, tehát az atomi súlyokat vesszük:

Forrás: Gabriel Bolívar

Az oldott anyag móljainak száma így lesz:

n = 45 g / (74 g / mol)

n = 0,61 mol Ca (OH) ₂

0,61 mol oldott anyagot kapunk, de fontos megjegyezni, hogy ezek a molok 250 ml oldatban oldódnak. Mivel a molaritás definíciója liter vagy 1000 ml mól, ezután egyszerű három szabályt kell kidolgozni, hogy kiszámítsák az említett oldat 1000 ml- jében lévõ mólokat.

Ha 250 ml oldatban = = 0,61 mól oldott anyag van

1000 ml oldatban => x Hány mol létezik?

x = (0,61 mol) (1000 ml) / 250 ml

X = 2,44 M (mol / L)

Egy másik módja

A vakok megszerzésének másik módja a képlet alkalmazásához megköveteli, hogy a 250 ml-t literre töltsék be, szintén háromszabály alkalmazásával:

Ha 1000 ml => 1 liter

250 ml => x hány liter?

x = (250 ml) (1 liter) / 1000 ml

x = 0,25 L

Helyettesítve ezután a Molaritás képletben:

M = (0,61 mól oldott anyag) / (0,25 l oldat)

M = 2,44 mol / L

2. gyakorlat

Mit jelent a sósavoldat 2,5 M-os oldata?

A sósavoldat 2,5 mól, azaz egy literben 2,5 mól sósavat oldunk.

Normál

A normalitás vagy azzal egyenértékű koncentráció az oldatok kémiai koncentrációjának az egysége, amelyet N nagybetűvel jelölnek. Ez a koncentrációegység jelzi az oldott anyag reaktivitását, és megegyezik az oldott anyag ekvivalenseinek számával (Eq), elosztva az oldat literben kifejezett térfogatával.

N = Eq / L

Az ekvivalensek száma (Eq) egyenlő: az oldott anyag grammja és az ekvivalens tömeg (PEq).

Eq = g oldott anyag / PEq

Az ekvivalens tömeget, vagy más néven gram-ekvivalenst kell kiszámítani az oldott anyag molekulatömegének megosztásával és egy ekvivalens tényezővel való elosztásával, amelyet az egyenletben való összefoglalás céljából delta zeta-nak (ΔZ) hívnak.

PEq = PM / ΔZ

Számítás

A normalitás kiszámítása az ekvivalens tényező vagy ΔZ nagyon specifikus variációival lesz, amely attól is függ, hogy a kémiai reakció milyen típusú reakcióban vesz részt az oldott vagy reaktív anyagban. Az eltérés néhány esete az alábbiakban említhető:

-Ha sav vagy bázis, akkor ΔZ vagy azzal egyenértékű tényező megegyezik a hidrogénionok (H ⁺) vagy a hidroxil-OH számával ^-, amelyet az oldott anyag tartalmaz. Például, a kénsav (H ₂ SO ₄) két ekvivalens mivel két savas protonokat.

-Ha az oxidációs-redukciós reakciókra vonatkozik, az ΔZ megfelel az oxidációs vagy redukciós folyamatban részt vevő elektronok számának, az adott esettől függően. Itt a kémiai egyenletek kiegyensúlyozása és a reakció specifikációja játszik szerepet.

-Is ez az ekvivalens tényező vagy ΔZ megfelel az ionok számának, amelyek a csapadékként osztályozott reakciók során kicsapódnak.

1. Feladat

Határozza meg a normalitás 185 g Na ₂ SO ₄ talált 1,3 liter oldat.

Ebben az oldatban az oldott anyag molekulatömegét először kiszámítják:

Forrás: Gabriel Bolívar

A második lépés az ekvivalens tényező vagy ΔZ kiszámítása. Ebben az esetben, mivel a nátrium-szulfát só, akkor a kation vagy a fém Na ⁺ vegyértékének vagy töltöttségének ^{mérlegelésére kerül sor}, amelyet szorozunk 2-vel, amely a só vagy oldott anyag kémiai képletének alindexe:

Na ₂ SO ₄ => ∆Z = Valencia kation x index

∆Z = 1 x 2

Az egyenértékű súly megszerzéséhez a megfelelő egyenlettel helyettesítjük:

PEq = (142,039 g / mol) / (2 Eq / mol)

PEq = 71,02 g / ekv

Ezután folytathatja az ekvivalensek számának kiszámítását, és ismét egy másik egyszerű számításhoz folyamodhat:

Eq = (185 g) / (71,02 g / ekvivalens)

Ekvivalensek száma = 2,605 Eq

Végül, a szükséges adatokkal kiszámítva a normalitást azáltal, hogy a meghatározása szerint helyettesíti:

N = 2,605 Eq / 1,3 L

N = 2,0 N

molalitás

A molaritást m kisbetűvel jelölik, és megegyezik az oldott anyag móljával, amely az oldószer egy (1) kilogrammjában van. Molal-koncentrációnak is nevezik, és az alábbi képlettel számolják:

m = oldott anyag mol / kg oldószer

Miközben a molaritás határozza meg az oldat egy (1) literében levő oldott anyag mólarányát, addig a molaritás az oldott anyag móljára vonatkozik, amely egy (1) kilogramm oldószerben van.

Azokban az esetekben, amikor az oldatot egynél több oldószerrel készítik, a molaritás ugyanazokat a mólokat fogja kifejezni az oldott keverék kilogrammonként.

1. Feladat

Határozzuk meg az elkészített oldat molaritását, ha 150 g szacharózt (C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁) összekeverünk 300 g vízzel.

Először meghatározzuk a szacharóz molekulatömegét, hogy kiszámítsuk az oldott anyag molekulatömegét ebben az oldatban:

Forrás: Gabriel Bolívar

A szacharóz molszámát kiszámítják:

n = (150 g szacharóz) / (342,109 g / mol)

n = 0,438 mól szacharóz

Az oldószer grammjait ezután kilogrammokra konvertálják a végső képlet alkalmazásához.

Helyettesítés akkor:

m = 0,438 mól szacharóz / 0,3 kg víz

m = 1,46 mol C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ / kg H ₂ O

Bár jelenleg vita folyik a molalitás végleges kifejezéséről, ez az eredmény a következőképpen is kifejezhető:

1,26 m C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ vagy 1,26 molal

Időnként előnyösnek tartjuk az oldat koncentrációjának kifejezését a molaritás szempontjából, mivel az oldott anyag és az oldószer tömege nem szenved enyhe ingadozást vagy nem érzékelhető változást a hőmérséklet vagy a nyomás hatása miatt; amint az gáznemű oldott oldatokban történik.

Ezenkívül hangsúlyozzuk, hogy egy adott oldott anyagra utaló koncentráció egységét nem változtatja meg az oldatban más oldott anyag.

Ajánlások és fontos megjegyzések a kémiai koncentrációról

Az oldat térfogata mindig nagyobb, mint az oldószer térfogata

A megoldási feladatok megoldásakor hiba merül fel az oldat térfogatának úgy értelmezésével, mintha az oldószeré lenne. Például, ha egy gramm porított csokoládét feloldunk egy liter vízben, akkor az oldat térfogata nem egyezik meg egy liter víz térfogatával.

Miért ne? Mivel az oldott anyag mindig helyet fog foglalni az oldószermolekulák között. Ha az oldószernek nagy affinitása van az oldott anyaggal szemben, akkor az oldódás utáni térfogatváltozás elhanyagolható vagy elhanyagolható.

De ha nem, és még inkább, ha az oldott anyag mennyisége nagy, akkor a térfogatváltozást figyelembe kell venni. Mivel ilyen: Vsolvent + Vsolute = Vsolution. Csak híg oldatban vagy ha az oldott anyag mennyisége csekély, érvényes Vsolvent = Vsolution.

Ezt a hibát különösen szem előtt kell tartani, amikor folyékony oldott anyaggal dolgoznak. Például, ha a csokoládépor feloldása helyett a méz alkoholban történő feloldása helyett a hozzáadott méz mennyisége jelentős hatással lesz az oldat teljes térfogatára.

Ezért ezekben az esetekben az oldott anyag mennyiségét hozzá kell adni az oldószer térfogatához.

A molaritás hasznossága

-A koncentrált oldat molaritásának ismerete lehetővé teszi a hígítás kiszámítását az M1V1 = M2V2 egyszerű képlet alkalmazásával, ahol M1 megfelel az oldat kezdeti molaritásának, és M2 az oldatból készítendő oldat molaritásának felel meg. az M1-el.

- Ismerve egy megoldás molaritását, annak normalitása könnyen kiszámítható a következő képlet segítségével: Normálitás = ekvivalens száma x M

A képletek nem kerülnek memorizálásra, de az egységek vagy a definíciók

A memória azonban néha elbukik, amikor megpróbálja megjegyezni a koncentrációszámításhoz szükséges összes egyenletet. Ehhez nagyon hasznos az egyes fogalmak nagyon világos meghatározása.

A meghatározástól kezdve az egységeket a konverziós tényezők felhasználásával írják meg, hogy kifejezzék azokat, amelyek megfelelnek a meghatározni kívántnak.

Például, ha molalitása van, és azt szeretné normálmá alakítani, akkor járjon el az alábbiak szerint:

(mól / kg oldószer) x (kg / 1000 g) (g oldószer / ml) (ml oldószer / ml oldat) (1000 ml / L) (ekvivalens / mol)

Vegye figyelembe, hogy (g oldószer / ml) az oldószer sűrűsége. A (ml oldószer / ml oldat) kifejezés arra utal, hogy az oldat mennyi térfogata felel meg az oldószernek. Sok gyakorlatban ez az utolsó kifejezés gyakorlati okokból 1-gyel egyenlő, bár soha nem igaz.

Irodalom

1. Bevezető Chemistry- 1 ^-jén kanadai Edition. Koncentráció mennyiségi egységei. 11. fejezet Megoldások. Feltöltve: opentextbc.ca
2. Wikipedia. (2018). Egyenértékű koncentráció. Forrás: en.wikipedia.org
3. PharmaFactz. (2018). Mi a molaritás? Forrás: pharmafactz.com
4. Whitten, Davis, Peck és Stanley. Kémia. (8. kiadás). CENGAGE Learning, 101-103, 512, 513.
5. Vizes oldatok - molaritás. Forrás: chem.ucla.edu
6. Quimicas.net (2018). Példák a normalitásra. Helyreállítva: quimicas.net.