4.1.2. Концентрація розчинів та способи її вираження
Склад розчинів визначають за вмістом розчиненої речовини, який характеризується її концентрацією або часткою.
Концентрацією розчину називається кількість розчиненої речовини, що міститься в певній кількості розчину або розчинника. Розчини з великою концентрацією розчиненої речовини називаються концентрованими, з малою – розведеними. Межі між ними досить умовні. Для більш повної характеристики склад розчинів характеризують кількісно. Одиницею об’єму розчину або розчинника слугує кубічний метр (м3) або кубічний дециметр (дм3), який дорівнює 1 літру (л).
Найбільш застосовувані способи вираження вмісту розчиненої речовини наведені в табл. 10, із якої видно, що всі вони взаємопов’язані, а за допомогою математичних розрахунків склад розчинів може бути поданий у будь-якій формі.
Молярна концентрація (С) – це фізична величина, що визначається відношенням кількості молів розчиненої речовини до об’єму розчину. Цей термін поширюється на будь-який вид умовних частинок (атоми, іони, молекули, частини молекул тощо). Молярну концентрацію виражають у молях на дециметр кубічний або молях розчиненої речовини в літрі розчину, наприклад С(НCl)=0,1 моль/л. Для деяких значень молярної концентрації розчинів застосовують спеціальні терміни та позначення: 1,0000 моль/л (1 М) – молярний, 0,1000 моль/л (0,1 М) – децимолярний, 0,0100 моль/л (0,01 М) – сантимолярний.
Таблиця 10. Способи вираження складу розчинів
-
Величина
Символ (вимова)
Визначальне
рівняння
Одиниці вимірювання
основні
додаткові
Частка
масова
або
процентна концентрація
(омега)
безрозмірна
%
мольна
(ксі)
безрозмірна
об'ємна
(фі)
безрозмірна
Концентрація
молярна
(це)
моль/л
моль/дм3
нормальна (нормальність, молярна концентрація еквівалентів)
(це еф)
моль∙екв/л
моль∙екв/дм3
масова
(ро)
кг/л
кг/дм3
моляльна
(це ем)
моль/кг
Еквівалентна концентрація, або нормальність (Сf) – число еквівалентів речовини, що міститься в 1 л розчину.
Для розрахунків еквівалентної концентрації потрібно згадати про поняття еквівалентів хімічних речовин та способи їх обчислення. Індекс f означає фактор еквівалентності – число, на яке треба помножити молярну масу речовини, щоб отримати її еквівалент.
Фактори еквівалентності дорівнюють:
для кислот – одиниці, поділеній на кількість атомів Гідрогену, що беруть участь у хімічних реакціях;
основ – одиниці, поділеній на кількість гідроксильних груп, що беруть участь у хімічних реакціях;
солей – одиниці, поділеній на добуток числа іонів (катіонів) металів на їх заряд.
Для окисно-відновних реакцій фактор еквівалентності речовин визначається як одиниця, поділена на кількість електронів, що беруть участь у процесі окиснення або відновлення частинок.
Особливістю еквінормальних (однакових за нормальністю) речовин є те, що вони взаємодіють без залишку. Це є ілюстрацією до закону еквівалентів: речовини взаємодіють між собою в кількостях, пропорційних їх еквівалентам. Математичний вираз закону дає можливість легко розраховувати кількості речовин, що вступають у взаємодію, а також кількості, необхідні для приготування розчинів:
Сf 1∙V1=Сf 2∙V2.
Значення молярної та нормальної концентрацій розраховують із точністю до 4-го знака після коми, ці способи вираження концентрації вважаються точними та застосовуються для здійснення хімічного аналізу. Наважку речовини для приготування розчину з концентрацією, вираженою в молях на літр, обов’язково зважують на точних аналітичних вагах.
Для деяких значень еквівалентної концентрації розчинів застосовують спеціальні терміни та позначення: 1,0000 моль∙екв/л – нормальний, 0,1000 моль∙екв/л – децинормальний, 0,0100 моль∙екв/л – сантинормальний.
Моляльна концентрація, моляльність (Сm) − кількість молів розчиненої речовини в 1000 г розчинника.
У загальному вигляді Сm=1000∙ реч./ m,
де реч. − число молів розчиненої речовини; m – кількість розчинника, г (якщо виразити кількість розчинника в кілограмах, рівняння набуде такого вигляду: Сm.=реч./ m).
Мольна частка – відношення числа молів певної речовини до суми молів усіх речовин, що містяться в розчині.
Під час технологічних процесів для розрахунків рецептур харчових продуктів найчастіше застосовують масову частку ω (раніше її називали процентною концентрацією) – відношення маси розчиненої речовини до маси розчину, або кількість грамів розчиненої речовини, що міститься в 100 г розчину. Так, 9%-й розчин оцтової кислоти, це такий, у 100 г якого міститься 9 г крижаної оцтової кислоти.
Масова концентрація – відношення маси розчиненої речовини до об’єму розчину (виражається в кілограмах на дециметр кубічний або кілограмах на літр). Масова концентрація, виражена в грамах на мілілітр, − титр. Ця одиниця дала назву класичному методу аналізу − титрометрії.
Процентну концентрацію слід розраховувати з точністю до другого знака після коми. Цей спосіб вираження концентрації порівняно з іншими вважається менш точним. Він найчастіше застосовується для обчислення кількості інгредієнтів для рецептур у виробничому процесі.