Розділ 1. Способи визначення концентрації розчинів

Розчин – це гомогенна (однорідна) система, яка складається з розчинника, розчинених речовин і продуктів їх взаємодії.

За агрегатним станом розчини поділяються на рідкі і тверді (деякі мінерали, металічні сплави, пластмаси). За співвідношенням між розчинником і розчиненою речовиною розрізняють розчини насичені, ненасичені і перенасичені, а також розведені та концентровані.

Розчин у якому речовина більше не розчиняється за даної температури, називається насиченим. Наприклад у воді масою 100 г при t=20 ⁰С розчиняється хлорид натрію масою 36 г. Більше хлориду натрію в цьому розчині розчинитися не може, тобто маємо насичений розчин.

Розчин у якому речовина ще може розчинитися за даної температури називається ненасиченим.

Здатність речовин, змішуючись з іншою речовиною, утворювати гомогенні системи називається розчинністю.

Основні поняття:

Моль (ν) - кількість речовини, що містить скільки певних структурних частинок, скільки атомів міститься в 12 г С¹² ( Це число 6,02 • 10²³).

Молярна маса (М)- це маса 1 моля речовини.

,

ν - кількість молів речовини, m - її маса.

На практиці молярну масу визначають виходячи із молекулярної формули речовини, як суму мас всіх атомів, які входять до складу молекули. Наприклад М(H₂SO₄) = 2*1+32+4*16=98 г/моль.

Еквівалент (Е) в кислотно-основних реакціях - це умовна частина, яка може приєднати, заміщати чи якимось іншим способом взаємодіяти з одним молем йонів водню. Еквівалент в реакціях окислення - відновлення - умовна частина, яка може приєднати чи віддавати один електрон.

Число еквівалентності (z) - число, яке показує з кількома йонами водню може взаємодіяти дана речовина в кислотно-основних реакціях; або кількість прийнятих чи відданих електронів в окисно-відновних реакціях.

Фактор еквівалентності (f) - число, яке показує, яка частка умовної частини речовини еквівалентна або реагує з одним йоном водню в даній кислотно- оcновній реакції чи з одним електроном в даній окисно-відновній реакції.

Молярна маса еквівалента (М_E) - це маса одного моля еквівалентів даної речовини яку можна визначити як добуток фактора еквівалентності на молярну масу.

[г/моль]

Для елементів z - валентність елементу

M_E= f ^.M = . М

Наприклад для А1: M(_Аl)===9г/моль

Для кислот: z - основність кислоти (кількість Н⁺, які заміщуються в даній реакції)

Для Н₂SO₄ : М(

Для основ: z - кислотність основи ( кількість ОН^- )

Для Са(ОН)₂ : М(Са(ОН)₂)===37 г/моль

Для солей: z - добуток кількості атомів металу на їх валентність

Для Al₂ (SO₄)₃: = 57 г/моль

Концентрації розчинів можна виражати як через масу, так і за кількістю молів розчиненої речовини. Розрізняють такі основні способи вираження концентрації:

1). Масова частка (ω) - величина, що показує скільки грам розчиненої речовини міститься в 100 г розчину і виражається як відношення маси розчиненої речовини до маси розчину:

m _{розчину} = m _{розч.реч}. + m _{розчинника}

Виражають в безрозмірних одиницях, частках одиниці або у відсотках:

Для розчинів, які містять дуже мало розчиненої речовини можна виразити масову частку в проміле ( ‰ ) - тисячна частка цілого 1 ‰ = 0,1%

2). Молярна концентрація (С_м) – величина, що показує скільки молів розчиненої речовини знаходиться в 1 л розчину. Визначається як відношення кількості речовини (ν) до об’єму розчину:

визначається в моль/л чи моль/дм³ (в системі SI використовують розмірність моль/м³ ) враховуючичи, що можна записати:

або якщо V вимірюється в мл, то

3). В об’ємних методах аналізу при титруванні, а також в науковій літературі використовують спосіб вираження концентрації – молярна концентрація еквівалентів, який в застарілій літературі зустрічається як нормальність (N).

Молярна концентрація еквівалентів (С_Е) - це величина, що показує скільки еквівалентів розчиненої речовини міститься в 1 л розчину. Визначається як відношення кількості еквівалентів речовини до об’єму розчину.

або

якщо врахувати, що кількість еквівалентів , або

тоді:

де M(x) - молярна маса еквівалентів

V- об’єм розчину, мл

m- маса розчиненої речовини, г.

Виражають молярну концентрацію еквівалентів розчину в моль-екв./л, або в моль/л чи моль/дм³ .

4). Масова концентрація — це відношення маси розчиненої речовини в розчині до об’єму розчину. Одиницями вимірювання можуть бути кг/м³, г/см³,г/л, г/мл. Найбільш поширеним виразом масової концентрації є титр, що виражає кількість грам розчиненої речовини в 1 мл розчину.

г/мл

Якщо відомо С_Е , то Т=

Звідки С_Е=

5). Моляльна концентрація (моляльність) - це відношення кількості речовини (моль) до маси розчинника, або кількість молів речовини в 1000 г розчинника (найчастіше Н₂О).

де В(х) - моляльна концентрація речовини х в моль/кг;

m_x- маса речовини в г;

М_х- молярна маса речовини х, г/моль;

mН₂О- маса розчинника в г.

Приклад перерахунку концентрації розчину, вираженої в масових частках на молярну концентрацію.

Яка молярна концентрація розчину питної соди, якщо його масова частка 2,5%, а густина 1,02 г/см³?

Розв’язування задач здійснюється послідовною відповіддю на поставлені питання:

1) Що необхідно знайти?

2) Що дано в умові для цього?

Питна сода - це гідрокарбонат натрію NaHCO₃. Молярну концентрацію розчину визначють як кількість молів речовини в 1 л розчину

Отже, для того, щоб розв’язати цю задачу необхідно визначити кількість молів розчину ν=і об’єм розчинуV.

В умові задачі дано, що ω=2,5 %. Якщо розчин має масову частку 2,5 %, то це означає, що в 100 г розчину міститься 2,5 г соди. Отже, можна прийняти, що m (NаНСОз) =2,5 г, а m _{розчину}=100 г.

Знайдемо кількість молів соди:

M(NаНСОз) = 23+1+12+3.16= 84 г/моль

ν = =0,03 моль NаНСО₃

Знайдемо об’єм 100 г розчину використовуючи, що ρ=звідки:

V= = 100 г : 1,02 г/см^{3 =} 98,04 см³ = 0,098 л

Отже, тепер можна визначити молярну концентрацію розчину:

Задачу можна розрахувати іншим способом:

Масова частка цього розчину:

(1)

Молярна концентрація цього розчину:

(2)

Знайшовши із рівності (1) m(NaHCO₃) і підставивши її у рівність (2), одержимо:

Проведемо обчислення:

Задачі для самостійної роботи студента:

1. Розрахуйте масу хлориду натрію, яка необхідна для приготування 250 мл фізіологічного розчину з масовою часткою 0,9 % ( ρ=1 г/см³). Визначте молярність і титр розчину.

2.Який об’єм 5 % гіпертонічного розчину хлориду натрію (ρ=1,05 г/м³) можна приготувати з фіксаналу, який містить наважку 0,1 моль речовин.

3. В 100 мл спирту (ρ=0,8 г/см) розчинено 5,4 г йоду. Чому дорівнює масова частка йоду в розчині (%) ?

4. З 4,2 г гідрокарбонату натрію приготували 250 мл розчину. Розрахуйте молярність розчину. Чому дорівнює молярна концентрація еквівалента гідрокарбонату натрію і титр розчину?

5. Скільки грам сульфату магнію (MgSO₄ 7Н₂О) необхідно взяти для приготування 250 мл розчину з молярною концентрацією еквівалентів 0,2 моль/л.

6. Вміст соляної кислоти в шлунковому соці складає 0,4-0,5 %. Вирахувати молярну концентрацію кислоти, прийнявши густину соку рівного 1 г/см³.

7. Скільки моль хлориду натрію міститься в 200 мл фізіологічного розчину 0,9 % NаСІ (ρ=1 г/см³).

8. Визначити масову частку (в %) розчину хлориду кальцію, молярна концентрація еквівалентів якого 0,15моль/л(ρ= 1 г/см).