1.1 Способы выражения состава растворов

Концентрацией раствора называется отношение количества или массы ве­щества, содержащегося в растворе, к определенной массе или определенному объему раствора или растворителя.

Введем обозначения:

m_В-ВА – масса растворенного вещества, г (в СИ – кг). Здесь и далее указаны размерности величин, которые наиболее часто встречаются при химических расчетах. Жирным шрифтом выделены наиболее часто используемые размерности;

m_Р-РА – масса раствора, г, кг;

m_Р-ЛЯ – масса растворителя, г, кг;

V_Р-РА – объем раствора, мл, л (или соответственно: см³, дм³);

V_Р-ЛЯ – объем растворителя, мл, л (соответственно: см³, дм³);

ρ_Р-РА – плотность раствора, г/мл, кг/л (соответственно: г/см³, кг/дм³);

ρ_Р-ЛЯ – плотность растворителя, г/мл, кг/л (соответственно: г/см³, кг/дм³);

M_В-ВА – молярная масса растворенного вещества, г/моль;

M_Р-ЛЯ – молярная масса растворителя, г/моль;

M_ЭК – молярная масса эквивалентов растворенного вещества, г/моль;

n_В-ВА – количество растворенного вещества, моль;

n_ЭК – количество эквивалентов вещества, моль;

n_Р-ЛЯ – количество растворителя, моль.

Взаимный пересчет параметров раствора, растворителя и растворенного вещества проводят с учетом следующих соотношений (для двухкомпонентного раствора: одно вещество и растворитель, если веществ несколько, то необходимо учитывать массы всех веществ);

m_Р-РА = m_В-ВА + m_Р-ЛЯ

m_Р-РА = ρ_Р-РА · V_Р-РА; m_Р-ЛЯ = ρ_Р-ЛЯ · V_Р-ЛЯ;

; ;;

V_Р-РА(2) ≠ V_Р-РА(1) + V_Р-ЛЯ; V_Р-РА(3) ≠ V_Р-РА(1) + V_Р-РА(2).

Приведем наиболее часто употребляемые в химии способы выраже­ния содержания растворенного вещества в растворе. В нижеприведенных формулах объемы взяты в литрах, массы – в граммах. При использовании указанных формул для решения задач, в условиях которых объемы и массы взяты в других единицах измерения, их предварительно пересчитывают.

Массовая доля ω – безразмерная величина, равная отношению массы ком­понента в растворе к массе всего раствора (размерности масс одинаковы):

.

Массовая доля выража­ется обычно в процентах – процентная концентрация С_% - и показывает, сколько граммов компо­нента содержится в 100 г раствора:

.

Массовая доля, кроме долей единицы и процентов (получены умножением на 100), может быть также выражена в промилле (⁰/₀₀ – умножение на 1000), в частях на миллион (ppm – умножение на 10⁶) и в частях на миллиард (ppb – умножение на 10⁹).

Молярная концентрация С_м - отношение ко­личества вещества, содержащегося в растворе, к объему раствора, моль/м³. На практике молярную концентрацию выражают обычно в доль­ных производных единицы объема: моль/дм³ или моль/л (сокращенное обозначение молярной концентрации в задачах – М, например: 2М – двумолярный раствор, т. е. С_М = 2 моль/л):

.

Молярная концентрация эквивалентов (эквивалентная С_ЭК , или нормальная концентрация С_Н) - это отношение количества эквивалентов вещества, содержащегося в растворе, к объему этого раствора, моль/м³ или моль/дм³, моль/л (сокращенное обозначение - н):

.

Молярные массы эквивалентов веществ рассчитываются по формуле

M_ЭК = f_ЭК · M_В-ВА,

где f_ЭК – фактор эквивалентности:

- для кислоты

,

где n_H - основность кислоты;

- для основания

,

где n_OH – кислотность основания;

- для соли

,

где n – число атомов металла в формульной единице соли;

B – валентность металла.

Для растворов с нормальной концентрацией справедлива формула, которая вытекает из закона эквивалентов:

n_ЭК(1) = n_ЭК(2) ,

следовательно,

C_Н(1) · V_Р-РА(1) = C_Н(2) · V_Р-РА(2).

Моляльность С_m – определяется количеством вещества в 1 кг (1000 г) растворителя, моль/кг:

.

Молярная (мольная) доля растворенного вещества N- отношение количества растворенного вещества к общему количеству всех вещества, составляющих раствор, включая растворитель:

.

Молярная доля может быть выражена в долях единицы, в процентах (%), в промилле (⁰/₀₀), в частях на миллион (ppm) и в частях на миллиард (ppb).

Сумма мольных долей всех компонентов раствора равна единице.

В случае двухкомпонентного раствора:

.

Титр раствора (С_Т или Т) - масса вещества, содержащаяся в одном миллилитре раствора (г/мл или г/см³):

.

Массовые концентрации (массовая доля, процентная, моляльная) не зависят от температуры; объемные концентрации относятся к определенной температуре.