4. Свойства растворов

4.1 Способы выражения концентрации растворов

Все расчеты в аналитической химии осуществляются с использованием различных выражений концентраций веществ. Определение количества вещества в растворе – это определение его концентрации в данном растворе. Различают следующие способы выражения концентрации растворов. 1. Молярная концентрация – это химическое количество вещества, содержащееся в одном литре раствора: С_М = . Молярная концентрация — показывает, сколько моль вещества содержится в 1 л раствора. Например, C_М(KMnО₄) = 0,02 моль/л или 0,02 М КМnО₄. 2. Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация) - это химическое количество вещества эквивалентов, содержащееся в одном литре раствора C_экв. = . Нормальная концентрация показывает, сколько моль эквивалентов вещества содержится в 1л раствора. Например, Сэкв.( 1/2 Н₂SO₄) = 0,10 моль экв./л или

0,1 н, С_экв. (1/5 КМnО₄) = 0,05 моль экв./л или 0,05 н. 3. Массовая доля - это отношение массы вещества к массе раствора:

w(X) = m (X)/m(раствора). Величина безразмерная или в процентах иногда выражается. При выражении в процентах необходимо массовую долю умножить на 100%. 

4. Моляльная концентрация – это химическое количество вещества, растворенное в одном килограмме растворителя: C_m = .

5. Титр раствора – это количество вещества в граммах, содержащееся в одном миллилитре раствора: Т = .

6. Молярная доля вещества – доля химического количества вещества в суммарном химическом количестве всех (m) веществ смеси (раствора). Численно равна отношению химического количества вещества в смеси (растворе) к суммарному числу молей всех компонентов смеси (раствора) :

χ (А_i) = или в процентах: χ (А_i) = . 100%.

Очевидно, что сумма молярных долей всех компонентов смеси (раствора) равна единице:

или в процентах: .

4.2 Связь различных способов выражения концентрации растворов

Очевидно, что значение концентрации растворенного вещества в данном растворе зависит от способа ее выражения, причем, существует определенная зависимость величин концентраций. Например, если концентрация вещества выражена в моль/л (молярная концентрация), то ей соответствует вполне определенное значение концентрации, выраженное в массовой доле.

Вывод уравнений, связывающих различные выражения концентрации одного и того же раствора.

1) Молярность - массовая доля (С_М - ω).

Молярная концентрация – это химическое количество вещества, содержащееся в одном литре раствора: С_М = . Пусть V_{раствора} = 1л, тогда С_М = n = , масса вещества, выраженная через массовую долю равна: m = ω^.m_{раствора} = ω^.ρ^.1000, так как ω = , а масса одного литра раствора равна: m_{раствора} = ρ^.1000, где ρ – плотность раствора в г/мл. Подставляем полученное выражение для массы вещества и получаем: С_М = ω^. ρ^.1000/M = .

Если массовая доля выражена в процентах, то зависимость молярности от процентной концентрации, очевидно будет:

С_М = .

2) Моляльность – массовая доля (C_m - ω).

Моляльная концентрация – это химическое количество вещества, растворенное в одном килограмме растворителя: C_m = = , разделим числитель и знаменатель на массу раствора, тогда C_m = = = . Очевидно что m_{вещества} /m_{раствора} = ω,

m_{растворителя/} m_{раствора} = 1 – ω, так как m_{растворителя} = m_{раствора} - m_{вещества} , тогда с учетом того, что молярная масса М определяется в граммах, а моляльная концентрация на килограмм растворителя получаем, умножив на 1000:

C_m = ω^.1000/M(1 – ω) = .

В случае процентного выражения массовой доли:

C_m = ω%^.1000/M(100 – ω%) = .

3) Молярность – нормальность (С_М – С_экв.).

Так как C_экв. = , С_М = , n_экв. = z ^. n или n = n_экв.^. f_экв. , где f_экв. – фактор эквивалентности, z – число эквивалентности растворенного вещества (f_экв. = 1/z), n_экв. = z ^. n = z ^. С_М ^. V_{раствора}. Подставляя в первое уравнение полученное из второго уравнения выражение для количества молей-эквивалентов и, сокращая в числителе и знаменателе V_{раствора}, получаем:

C_экв. = Z^.C_M

В итоге связь различных способов выражения концентраций выглядит следующим образом:

С_М = ω^. ρ^.1000/M = ; C_m = ω^.1000/M(1 – ω) = ;

C_M = f_экв.^.С_экв. ; Z^.C_M = C_экв., где

С_М = –молярная концентрация (моль/л), C_m = – моляльная концентрация (моль/кг), C_эк. = – молярная концентрация эквивалентов (моль-эк./л) (нормальность раствора).