5.4. Способы выражения концентрации растворов

Концентрацией растворов называют количественные соотношения между компонентами раствора.

Массовая доля (ω) показывает число единиц массы растворенного вещества, содержащееся в 100 единицах массы раствора. Так, 5% раствор NaCl содержит 5 единиц массы NaCl в 100 единицах массы раствора. Для приготовления, например, 100 г 5%-ного раствора NaCl следует взять 5 г хлорида натрия и 95 г воды.

Определить массовую долю растворенного вещества можно, найдя отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора, т.е.

ω=m/m₁,

где ω – массовая доля растворенного вещества; m – масса растворенного вещества; m₁ – масса раствора. Массовую долю вещества обычно выражают в долях единицы или в процентах:

ω=(m/m₁)100%.

Молярная концентрация (С_М) показывает количество молей растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора.

Молярная концентрация – это отношение количества растворенного вещества (m/M) к объему его раствора (V):

C_M = m/(MV), моль/л,

где m – масса растворенного вещества, г; М – молярная масса растворенного вещества, г/моль; V – объем раствора, л.

В том случае, когда объем раствора выражается в миллилитрах, выражение для молярной концентрации примет вид

С_М = m·1000/(MV).

Если 1 л раствора содержит 1 моль растворенного вещества, раствор называется одномолярным и обозначается 1М, если 0,1 моль – децимолярным (0,1М), 0,01 моль – сантимолярным (0,01М) и т.д.

Так, одномолярный раствор NaOH – это такой раствор, в 1 л которого содержится 1 моль NaOH, т.е. 40 г.

Молярная концентрация эквивалента (нормальная или эквивалентная) концентрация (С_Н) – это число молей эквивалента растворенного вещества в 1 л раствора.

Нормальная концентрация – это отношение количества эквивалентов растворенного вещества к объему раствора:

С_Н = m/(m_ЭV), моль/л,

где m – масса растворенного вещества, г; m_Э – молярная масса эквивалента растворенного вещества, г/моль; V – объем раствора, л.

Если 1 л раствора содержит 1 моль эквивалента растворенного вещества, раствор называется однонормальным и обозначается 1н, если 0,1 моль эквивалента – децинормальным (0,1н), 0,01 моль эквивалента – сантинормальным (0,01н) и т.д.

Использование эквивалентных концентраций растворов значительно упрощает расчеты. Пользуясь растворами, концентрация которых выражена нормальностью, легко рассчитать, в каких объемных отношениях они должны быть смешаны, чтобы растворенные вещества прореагировали без остатка.

Пусть V₁ л раствора вещества 1 с нормальностью С_Н1 реагирует с V₂ л раствора вещества 2 с нормальностью С_Н2. Это означает, что в реакцию вступило С_Н1V₁ эквивалентов вещества 1 и С_Н2V₂ эквивалентов вещества 2. Вещества взаимодействуют друг с другом в эквивалентных количествах, следовательно,

С_Н1V₁= С_Н2V₂ или V₁ : V₂ = С_Н2 : С_Н1,

т.е. объемы растворов реагирующих веществ обратно пропорциональны их эквивалентным концентрациям.

Моляльная концентрация (С_m) показывает число молей растворенного вещества в 1 кг растворителя. Так, 2m H₂SO₄ означает раствор серной кислоты, в котором на 1000 г воды приходится 2 моля H₂SO₄.

В математической форме она выражается так;

C_m = m·1000/(M·m₁),

где С_m – моляльная концентрация раствора, m – масса растворенного вещества, М – молярная масса растворенного вещества, m₁ – масса растворителя.

Мольная доля (N_i) – это отношение числа молей данного компонента к сумме молей всех компонентов раствора. Обычно обозначают мольную долю растворителя - N₁, а для растворенных веществ – N₂, N₃ и т.д. В случае раствора одного вещества в другом мольная доля растворенного вещества N₂ равна

N₂ = n₂/(n₁ + n₂),

где n₁ и n₂ – числа молей растворителя и растворенного вещества.

Титр (Т) показывает число граммов растворенного вещества, содержащегося в 1 см³ (мл) раствора.

Титр – отношение массы растворенного вещества к объему раствора:

Т = m/V,

где m – масса растворенного вещества в г, V – объем раствора в мл.