Способы выражения состава раствора

Существует 3 способа выражения состава раствора: доля, отношение и концентрация. Последний термин употребляется и для обозначения любого из трёх способов в смысле “содержание”.

Долей называется отношение растворённого вещества ко всему раствору, причём они выражены в одинаковых единицах. Доля безразмерна и выражается в долях единицы или в процентах. Сумма долей всех компонентов системы равна 1 или 100 %. В зависимости от единиц выражения растворённого вещества и раствора различают массовую долю ω, мольную долю χ (N_B) и объёмную φ.

1. Массовая доля растворенного вещества, ω (процентная концентрация) – отношение массы растворенного вещества к массе раствора.

Массовая доля, выраженная в процентах, показывает, какая масса растворенного вещества (в г) содержится в 100 г раствора, выражается в процентах (%), в долях

, (5)

m_в-ва – масса растворенного вещества

m_р-ра – масса раствора

m_р-ля – масса растворителя

2. Мольная доля – отношение химического количества растворенного вещества (или растворителя) к сумме химических количеств всех веществ, составляющих раствор.

В случае растворения одного вещества в другом мольная доля растворенного вещества равна: , (6)

где n_в-ва – количество растворенного вещества;

n_р-ля –количество растворителя.

Выражается в процентах (%), в долях.

3. Объемная доля – отношение объема вещества к общему объему раствора:

(7)

где – объем растворенного вещества;

–объем растворителя.

Выражается в процентах , в долях.

Концентрация вещества в растворе – величина, измеряемая количеством или массой растворенного вещества в определенном объеме или массе раствора (иногда растворителя).

Обычно используются следующие способы выражения концентрации веществ в растворах: массовая доля вещества в растворе, молярная концентрация вещества в растворе, молярная концентрация эквивалента вещества в растворе.

4. Молярная концентрация (молярность) – отношение количества молей растворенного вещества к объему раствора. Обычно молярная концентрация обозначается С: , (8)выражается моль/л или моль/м³.

Физический смысл молярной концентрации вещества: это количество растворенного вещества (в моль), которое содержится в 1 л (1000 мл) раствора.

Иногда для обозначения молярности используется [М]. Так, 1 М Н₂SO₄ означает раствор, в литре которого содержится 1 моль серной кислоты, то есть С = 1 моль/л. В 1 М растворе Н₂SO₄ содержится 98 г серной кислоты.

Растворы с концентрацией 0,1 моль/л называют децимолярными, 0,01 моль/л – сантимолярными, 0,001 моль/л – миллимолярными.

При одинаковой молярной концентрации равные объемы растворов содержат одинаковое количество растворенных веществ.

В практике качественного и количественного анализа часто употребляют не молярную концентрацию вещества, а молярную концентрацию эквивалента вещества.

5. Моляльная концентрация (моляльность) – отношение химического количества растворенного вещества к массе растворителя.

; (9) , (10)выражается в моль/кг.

Обычно моляльность обозначается буквой b. Так, для раствора H₂SO₄ запись b = 1 моль/кг (Н₂О) означает, что в этом растворе на каждый килограмм растворителя (воды) приходится 1 моль Н₂SO₄.Моляльность раствора в отличие от молярности не изменяется при изменении температуры.

6. Молярная концентрация эквивалента растворенного вещества (нормальность) – отношение числа моль эквивалентов растворенного вещества к объему раствора.

Концентрация, выраженная этим способом, обозначается С_н:

, (11)

где - молярная масса эквивалента растворенного вещества, ;

- число молей эквивалентов растворенного вещества.

Выражается в моль-экв/л.

Эквивалент – это реальная или условная часть вещества, которая в z раз меньше реальной структурной единицы вещества.

Фактор эквивалентности – это число, обозначающее, какая доля реальной частицы вещества эквивалентна одному иону водорода в данной кислотно-основной реакции или одному электрону в данной окислительно-восстановительной реакции. Это безразмерная величина, обозначается 1/z, где z – небольшое целое число, равное числу эквивалентов вещества, содержащихся в 1 моль этого вещества. Число z называется эквивалентным числом.

Рассчитывают фактор эквивалентности на основании стехиометрии данной реакции, которая обязательно должна быть указана. Фактор эквивалентности всегда меньше или равен единице.

Иногда для обозначения нормальности используется [н.].

Так, 1 н. Н₂SO₄ означает раствор, в литре которого содержится 1 моль эквивалентов серной кислоты, то есть С_н = 1 моль–экв/л.

В 1 н. растворе Н₂SO₄ содержится 49 г серной кислоты.

Различают растворы децинормальные 0,1 н., сантинормальные 0,01 н., миллинормальные 0,001 н. Чаще всего используют 0,1 и 0,02 н. растворы веществ как не слишком концентрированные. При указании нормальной концентрации обязательно называют конкретную реакцию, в которой данный нормальный раствор применяется.

Однако термин «нормальность» раствора употреблять не рекомендуется, как и термин «молярность» раствора.

Взаимосвязь способов выражения концентрации растворенного вещества

Способ выражения концентрации раствора	ω (X)	С (X)	С (1/zX)
Массовая доля ω (X)
Молярная концентрация C (X)
Молярная концентрация эквивалента с (1/z X)

Существуют и другие способы выражения концентрации веществ в растворе.