Тема 3. Численное выражение состава раствора Основные определения и термины

Имея дело с растворами, удобно называть один из компонентов растворителем, а другие компоненты – растворенными веществами. Рассмотрим пример: при смешении хлорида натрия (твердое вещество) с водой получается жидкий раствор. Поэтому вода – растворитель, хлорид натрия – растворенное вещество.

Таким образом, растворителем называют компонент раствора, сохраняющий свое физическое состояние при образовании раствора. Если все компоненты раствора до перемешивания находятся в одинаковой фазе, растворителем называют тот компонент, который содержится в наибольшем количестве; остальные вещества называют растворенными веществами. Растворимость твердых веществ с повышением температуры большей частью увеличивается.

Под концентрацией понимают количество вещества, растворенного в заданном объеме раствора или растворителя. Концентрацию раствора можно охарактеризовать качественно и количественно. Для качественного описания концентрации используются такие понятия, как разбавленный, концентрированный, ненасыщенный, насыщенный и пересыщенный раствор.

Мерой растворимости вещества служит его концентрация его насыщенного раствора при данной температуре. Количественно растворимость принято выражать числом граммов вещества, которое при данной температуре можно растворить в 100 г растворителя. Это число называется коэффициентом растворимости или растворимостью вещества. Например, растворимость NaCl в воде при 20 ^оС составляет 36,0 г. Если при этой температуре в указанный раствор добавить еще некоторое количество NaCl, то добавленный избыток не растворится, а останется в виде осадка. Такой раствор называется насыщенным.

Раствор, содержащий растворимое вещество в меньшем количестве, чем его содержится в насыщенном растворе (меньше, чем его растворимость), называется ненасыщенным. Пересыщенный раствор – раствор, в котором растворено количество вещества больше, чем его растворимость.

О растворе с низкой концентрацией растворенного вещества принято говорить, как о разбавленном. Концентрированный раствор – раствор с высоким содержанием растворенного вещества.

Растворы характеризуются молярной концентрацией, молярной, массовой, объемной долей растворимого вещества.

В химических расчетах чаще всего применяется молярная концентрация. Молярную концентрацию раствора определяют как количество вещества, моль, растворенного в литре раствора:

.(3.1)

Единица молярной концентрации – моль/л.

Молярная доля компонента раствора определяется уравнением

. (3.2)

Массовая доля – отношение массы растворенного вещества к объему раствора. Математическое определение массовой доли компонента раствора дается уравнением

. (3.3)

Объемная доля – количество объемов растворенного вещества в 100 объемах раствора. Например, указано, что растворимость водорода равна 0,0125; это означает, что в 100 л раствора содержится 0,0125 л водорода, или 12,5 мл.

Единицы молярной, массовой, объемной доли – %, ‰, млн^–1.

Для обозначения молярной доли раствора обычно используется символ Х с индексом, указывающим компонент, о котором идет речь. Например, молярная доля НСl в растворе соляной кислоты записывается как Х_НС1. Сумма молярных долей всех компонентов раствора должна быть равна единице.

Моляльность определяется как количество растворенного вещества в килограмме растворителя.

. (3.4)

Единица моляльности – моль/кг.

Иногда концентрацию раствора выражают через его плотность. Определенной плотности раствора чистого вещества при данной температуре соответствует определенное (известное) содержание вещества в нем. Например, раствор серной кислоты пл. 1,170 г/см³ при 20 ^оС содержит 24 % H₂SO₄. для определения концентрации раствора по его плотности пользуются справочными таблицами (прил. 1).

Зная плотность раствора, по справочнику находят долю растворенного вещества в нем. Вычисляют концентрацию раствора.

Для перехода от массы к объему можно воспользоваться формулой

V = m / d , (3.6)

где V, m , d – соответственно объем, масса и плотность.