5.2. Способы выражения состава растворов

При растворении вещества может возникать равновесие, при котором скорость растворения равна скорости кристаллизации.

Раствор, в котором устанавливается равновесие между растворением и образованием вещества (осаждением, кристаллизацией, выделением), называется насыщенным, а концентрация такого раствора – растворимостью. В насыщенном растворе при данной температуре содержится максимально возможное количество растворенного вещества.

В большинстве случаев пользуются растворами ненасыщенными, т. е. с меньшей концентрацией растворенного вещества, чем в насыщенном растворе. При этом растворы с низким содержанием растворенного вещества называют разбавленными, с высоким – концентрированными.

Состав раствора (и, в частности, содержание в нем растворенного вещества) может выражаться разными способами – как с помощью безразмерных единиц (долей или процентов), так и через размерные величины – концентрации. В химической практике наиболее часто употребляют следующие величины, выражающие содержание растворенного вещества в растворе:

1. Массовая доля (ω) – отношение (обычно – процентное) массы растворенного вещества к массе раствора. Например, 15 % (масс.) водный раствор хлорида натрия – это такой раствор, в 100 единицах массы которого содержится 15 единиц массы NaCl и 85 единиц массы воды.

2. Молярная концентрация (с_м)– количество вещества в 1 литре раствора. Например, 2М H₂SO₄ означает раствор, в каждом литре которого содержится 2 моля серной кислоты, т. е. с_м = 2 моль/л. Термин «молярная концентрация» распространяется на концентрацию любых частиц, например, молярная концентрация молекул, молярная концентрация ионов и т. п.

3. Молярная концентрация эквивалента (с_н) (нормальная концентрация) – количество эквивалентов растворенного вещества в 1 литре раствора.

Молярная масса эквивалента – произведение фактора эквивалентности на молярную массу вещества. Молярные массы эквивалентов кислот, оснований, солей зависят от реакций, в которых они участвуют. Например,

H₃PO₄ + NaOH = NaH₂PO₄ + H₂O

f_экв(H₃PO₄) = 1, а молярная масса эквивалента М(1 H₃PO₄) = f_экв(H₃PO₄)∙М(H₃PO₄) = 1 · 98 г/моль = 98 г/моль,

но в реакции

H₃PO₄ + 2NaOH = Na₂HPO₄ + 2H₂O

f_экв(H₃PO₄) = ½, а молярная масса эквивалента М(½ H₃PO₄) = f_экв(H₃PO₄)∙М(H₃PO₄) = ½ ∙ 98 г/моль = 49 г/моль,

в реакции

H₃PO₄ + 3NaOH = Na₃PO₄ + 3H₂O

М(⅓ H₃PO₄) = ⅓∙98 г/моль = 32,66 г/моль.

Для оснований

Ca(OH)₂ + HCl = CaOHCl + H₂O

f_экв(Ca(OH)₂) = 1, М(1 Ca(OH)₂) = 1∙ 74 г/моль = 74 г/моль

Ca(OH)₂ + 2HCl = CаCl₂ + 2H₂O

f_экв(Ca(OH)₂) = ½, М(½ Ca(OH)₂) = ½∙ 74 г/моль = 37 г/моль.

Для солей

K₂CO₃ + 2HCl = 2KCl + CO₂ + H₂O

1 моль K₂CO₃ соответствует двум молям ионов Н⁺

f_экв(K₂CO₃) = ½, М(½ K₂CO₃) = ½ ∙ 138 = 69 г/моль,

K₂CO₃ + HCl = KНCO₃ + KCl

молярная масса эквивалента М(1 K₂CO₃) = 138 г/моль.

Для окислительно-восстановительных реакций

2KMnO₄ + 5Na₂C₂O₄ + 16HCl = 2MnCl₂ + 2KCl + 10CO₂ + 10NaCl+ 8H₂O

MnO₄^- + 8H⁺ + 5e → Mn²⁺ + 4H₂O

f_экв(KMnO₄) = 1/5, М(1/5 KMnO₄) = 1/5 ∙ 158 г/моль = 31,6 г/моль,

но в реакции

2KMnO₄ + 3Na₂SO₃ +H₂O = 2MnO₂ + 3Na₂SO4 +2KOH

f_экв(KMnO₄) = 1/3, М(1/3 KMnO₄) = 1/3 ∙ 158 г/моль = 52,6 г/моль.

Раствор, содержащий 1 моль эквивалентов вещества в 1 литре, называют нормальным раствором этого вещества. Например, 1н H₂SO₄, т. е. 1моль ½ молекулы H₂SO₄.

4. Моляльная концентрация (с_т) – число молей растворенного вещества в 1000 г растворителя.

5. Титр (Т) – число граммов растворенного вещества в 1 мл раствора.