3. Концентрация растворов

Концентрация  — величина, характеризующая количественный состав раствора.

Согласно правилам ИЮПАК (Междунаро́дный сою́з теорети́ческой и прикладно́й хи́мии, IUPAC,International Union of Pure and Applied Chemistry,) , концентрацией растворённого вещества (не раствора) называют отношение количества растворённого вещества или его массы к объёму раствора (моль/л, г/л), то есть это соотношение неоднородных величин.

Те величины, которые являются отношением однотипных величин (отношение массы растворённого вещества к массе раствора, отношение объёма растворённого вещества к объёму раствора) правильно называть долями. Однако на практике для обоих видов выражения состава применяют термин концентрация и говорят о концентрации растворов.

Существует много способов выражения концентрации растворов.

Массовая доля (процентная концентрация)

Массовая доля — отношение массы растворённого вещества к массе раствора. Массовая доля измеряется в долях единицы.

,

где: m₁ — масса растворённого вещества, г (кг);

• m — общая масса раствора, г (кг).

Массовое процентное содержание компонента, m%

m%=(mi/Σmi)*100

Объёмная доля

Объёмная доля — отношение объёма растворённого вещества к объёму раствора. Объёмная доля измеряется в долях единицы или в процентах.

,

где:V₁ — объём растворённого вещества, л;

• V — общий объём раствора, л.

Молярность (молярная объёмная концентрация)

Молярная концентрация — количество растворённого вещества (число молей) в единице объёма раствора. Молярная концентрация в системе СИ измеряется в моль/м³, однако на практике её гораздо чаще выражают в моль/л или ммоль/л. Также распространено выражение в «молярности». Возможно другое обозначение молярной концентрации- , которое принято обозначать М. Так, раствор с концентрацией 0,5 моль/л называют 0,5-молярным.

,

где:ν — количество растворённого вещества, моль;

• V — общий объём раствора, л.

Моляльность (молярная весовая концентрация)

Моляльность — количество растворённого вещества (число молей) в 1000 г растворителя. Измеряется в молях на кг, также распространено выражение в «моляльности».

Так, раствор с концентрацией 0,5 моль/кг называют 0,5-моляльным.

,

где: ν — количество растворённого вещества, моль;

• m₂ — масса растворителя, кг.

Несмотря на сходство названий, молярная концентрация и моляльность — величины различные. Прежде всего, в отличие от молярной концентрации, при выражении концентрации в моляльности расчёт ведут на массу растворителя, а не на объём раствора. Моляльность, в отличие от молярной концентрации, не зависит от температуры.

Нормальная концентрация (мольная концентрация эквивалента, или «нормальность»)

Нормальная концентрация — количество эквивалентов данного вещества в 1 литре раствора. Нормальную концентрацию выражают в моль-экв/л или г-экв/л (имеется в виду моль эквивалентов). Для записи концентрации таких растворов используют сокращения «н» или «N». Например, раствор содержащий 0,1 моль-экв/л, называют децинормальным и записывают как 0,1 н.

,

где:

ν — количество растворённого вещества, моль;

V — общий объём раствора, л;

z — число эквивалентности (фактор эквивалентности ).

Фактор эквивалентности f_eq - отношение эквивалентной молярной массы к его собственной молярной массе.

Эквивалент – реальная или условная частица вещества, которая в кислотно-основной реакции эквивалентна одному иону водорода, а в окислительно- восстановительной – одному электрону.

Примеры.

1) В кислотно-основной реакции

3H₂SO₄ + 2Al(OH)₃= Al₂(SO₄)₃+ 6H₂O

шести ионам водорода ( в трех реагирующих частицах H₂SO₄) соответствуют две молекулы Al(OH)₃. Следовательно, одному иону водорода эквивалентна 1/3 молекулы Al(OH)₃. Т.е. эквивалент Al(OH)₃. = 1/3 Al(OH)₃.

2) В реакции окисления-восстановления

H₂SO_{4 разб.} + Mg = MgSO₄ + H₂

Атом магния теряет два электрона: Mg⁰ - 2е→ Mg²⁺, поэтому 1 эквивалент магния составляет ½ Mg.

Величины 1/3 и ½ - факторы эквивалентности f_eq.

Эквивалентная масса – масса 1 эквивалента вещества.

Эквивалентные массы (Э) сложных веществ вычисляются по формулам:

Э_оксида=М_оксида/Число атомов элемента∙валентность элемента

Э_{кислоты}=М_{кислоты}/ Основность кислоты

Э_{основания}=М_{основания}/ Кислотность основания

Э_соли=М_соли/Число атомов металла∙валентность металла.

Так, мольная масса Al(OH)₃= 78,0 г/моль, а эквивалентная масса в приведенном примере = 1/3 мольной массы и = 26,0 г/моль.

Атомная масса Mg =24,3 г/моль, а эквивалентная масса в приведенном примере = 1/2 его атомной массы и = 12,15г/моль.

Для веществ с f_eq.=1_, С_м=С_н.

Нормальная концентрация может отличаться в зависимости от реакции, в которой участвует вещество. Например, одномолярный раствор H₂SO₄ будет однонормальным, если он предназначается для реакции со щёлочью с образованием гидросульфата калия KHSO₄, и двухнормальным в реакции с образованием K₂SO₄.