Kémiai koncentrációs módok az egységek, a molalitás és a molaritás kifejezésére

az kémiai koncentráció az oldott anyag relatív mennyiségének számszerű mérése. Ez az intézkedés az oldott anyagnak az oldószer vagy az oldat mennyisége vagy térfogata viszonyát fejezi ki koncentrációs egységben. A "koncentráció" kifejezés a jelenlévő oldott anyag mennyiségéhez kapcsolódik: a megoldás koncentráltabb, míg több oldott anyag rendelkezik.

Ezek az egységek fizikaiak lehetnek, ha figyelembe veszik az oldat vagy vegyszerek összetevőinek tömegét és / vagy térfogatát, amikor az oldott anyag koncentrációja móljaikban vagy ekvivalenseikben kifejezve, figyelembe véve az Avogadro számát..

Így molekuláris vagy atomtömeg és az Avogadro számának használatával a fizikai egységek kémiaivá alakíthatók, amikor egy bizonyos oldott anyag koncentrációját fejezik ki. Ezért minden egységet ugyanarra a megoldásra lehet átalakítani.

index

• 1 Hígított és koncentrált oldatok
• 2 A koncentráció kifejezésének módja
  • 2.1 Minőségi leírás
  • 2.2 Osztályozás oldhatóság szerint
  • 2.3 Kvantitatív jelölés
• 3 koncentrációs egység
  • 3.1 A relatív koncentráció mértékegysége
  • 3.2 A hígított koncentráció egységei
  • 3.3. Mólokon alapuló koncentrációs egységek
  • 3.4 Formálisság és normalitás
• 4 Molaritás
  • 4.1 1. gyakorlat
  • 4.2 2. gyakorlat
• 5 Normál
  • 5.1 Számítás
  • 5.2 1. gyakorlat
• 6 Molalitás
  • 6.1 1. gyakorlat
• 7 Ajánlások és fontos megjegyzések a kémiai koncentrációról
  • 7.1 Az oldat térfogata mindig nagyobb, mint az oldószer térfogata
  • 7.2 A molaritás hasznossága
  • 7.3 A képletek nem kerülnek memorizálásra, hanem az egységek vagy definíciók
• 8 Hivatkozások 

Hígított és koncentrált oldatok

Hogyan lehet észrevenni, ha egy koncentráció nagyon híg vagy koncentrált? Első pillantásra bármely érzékszervi vagy kémiai tulajdonságának megnyilvánulása; vagyis azok, akik érzékelik az érzékeket vagy mérhetőek.

A felső kép kálium-dikromátkoncentráció hígítását mutatja (K₂Cr₂O₇), amely narancssárga színű. Balról jobbra láthatjuk, hogy a szín hogyan csökkenti intenzitását, amikor a koncentráció hígul, és több oldószert adunk hozzá.

Ez a hígítás lehetővé teszi, hogy ilyen módon hígított koncentrációt kapjunk egy koncentrált anyagból. A szín (és más "rejtett" tulajdonságok narancssárga mellében) ugyanúgy változik, mint a koncentrációja, akár fizikai, akár kémiai egységekkel..

De mi a kémiai koncentrációs egység? Ezek közé tartozik az oldat molaritás vagy moláris koncentrációja, amely az oldott anyag móljait az oldat teljes térfogatához viszonyítja..

Önnek is van molalitása vagy mólkoncentrációja is, amely az oldott anyag móljaira vonatkozik, de amely standard oldószer vagy oldószer mennyiségben van, amely pontosan egy kilogramm..

Ez az oldószer tiszta lehet, vagy ha az oldat egynél több oldószert tartalmaz, a molalitás az oldott anyag mólja az oldószerkeverék kilogrammonként..

A kémiai koncentráció harmadik egysége az oldat normális vagy normális koncentrációja, amely az oldat literenkénti oldott kémiai egyenértékének számát fejezi ki..

A normál értéket kifejező egység liter / ekvivalens (Eq / L) és az orvostudományban az emberi szérumban lévő elektrolitkoncentráció literben kifejezett milliekvivalensben kifejezve (mEq / L)..

A koncentráció kifejezésének módjai

A megoldás koncentrációját három fő módon lehet megnevezni, még akkor is, ha önmagukban igen sokféle kifejezést és egységet használnak, amelyek segítségével kifejezhető az ilyen érték mérése: a minőségi leírás, a mennyiségi jelölés és az osztályozás a kifejezések szerint az oldhatóság.

Attól függően, hogy milyen nyelven és kontextusban dolgozol, a három módszer közül választhat a keverék koncentrációjának kifejezésére.

Minőségi leírás

A keverék koncentrációjának minőségi leírását főként informális és nem technikai nyelven használják melléknevek formájában, amelyek általánosan jelzik a megoldás koncentrációjának szintjét..

Ily módon a minőségi leírás szerinti minimális koncentrációszint egy "hígított" oldat, és a maximális koncentráció "koncentrált"..

Hígított oldatokról beszélünk, ha az oldatnak az oldat teljes térfogatától függően nagyon kis arányban vannak oldva. Ha megoldást szeretne hígítani, akkor nagyobb mennyiségű oldószert kell hozzáadnia, vagy keresse meg az oldott anyag csökkentésének módjait.

Most koncentrált megoldásokról beszélünk, amikor az oldat teljes térfogatától függően nagy mennyiségű oldott anyag van. Az oldat koncentrálásához adjon hozzá több oldott anyagot, vagy csökkentse az oldószer mennyiségét.

Ebben az értelemben ezt a besorolást a minőségi leírásnak nevezzük, nemcsak azért, mert nincs matematikai mérése, hanem empirikus minősége (a vizuális jellemzőknek, szagoknak és ízeknek tulajdonítható, tudományos bizonyítékok nélkül).

Osztályozás oldhatóság szerint

A koncentráció oldhatósága az oldott anyag maximális kapacitását jelenti, amely a hőmérsékletet, a nyomást és a feloldott vagy szuszpendált anyagoktól függően változó..

Az oldatok a mérés időpontjában feloldott oldott mennyiségük szerint három típusba sorolhatók: telítetlen, telített és túltelített oldatok.

- A telítetlen oldatok azok, amelyek kisebb mennyiségű oldott anyagot tartalmaznak, amelyből az oldat feloldódhat. Ebben az esetben az oldat nem érte el a maximális koncentrációt.

- A telített oldatok azok, amelyekben az oldott anyag maximális mennyisége az oldószerben adott hőmérsékleten feloldódott. Ebben az esetben egyensúly van mindkét anyag között, és a megoldás nem képes több oldott anyagot elfogadni (mivel megtörténik, hogy kicsapódik).

- A túltelített oldatok több oldott anyaggal rendelkeznek, mint az oldat egyensúlyi körülmények között. Ezt úgy érjük el, hogy telített oldatot melegítünk, és a normálnál több oldatot adunk hozzá. Ha hideg, akkor az nem oldja meg automatikusan az oldott anyagot, de az esetleges zavarok instabilitása miatt ezt a hatást okozhatják.

Kvantitatív jelölés

A műszaki vagy tudományos területen alkalmazandó megoldás tanulmányozásának időpontjában a méréshez és egységben kifejezett pontosságra van szükség, amely a koncentrációt a tömeg és / vagy térfogat pontos értékeinek megfelelően írja le..

Ezért van egy sor olyan egység, amelyet kvantitatív jelölésében kifejezett oldat koncentrációjának kifejezésére használnak, amelyek fizikai és kémiai összetételűek, és amelyeknek saját részlegei vannak..

A fizikai koncentrációk egységei a "relatív koncentráció" értékei, amelyek százalékban kifejezve. A százalékos koncentrációk kifejezése három módon lehetséges: tömegszázalék, térfogatszázalék és tömegszázalék.

Ezzel ellentétben a kémiai koncentráció mértékegységei az oldott anyag mólmennyisége, gramm-részegységenként, millió részre és más jellemzőire vonatkoznak..

Ezek az egységek a koncentráció mérésekor a leggyakoribbak a nagy pontosságuk miatt, ezért ezek általában azok, akiket kémiai megoldásokkal kívánnak dolgozni..

A koncentráció egységei

Amint azt az előző fejezetekben leírtuk, az oldat koncentrációjának mennyiségi kiszámításakor a számításokat a meglévő egységeknek kell irányítaniuk erre a célra..

Továbbá a koncentrációs egységek a relatív koncentrációjúak, a hígított koncentrációk, a mólokon alapuló koncentrációk és egyéb kiegészítő egységek..

A relatív koncentráció mértékegysége

A relatív koncentrációk százalékban vannak kifejezve, ahogyan azt az előző részben említették. Ezeket az egységeket a tömegtömeg-százalékra, a térfogat-térfogatszázalékra és a tömegtömeg-százalékra osztják, és a következőképpen számítják ki:

- tömegszázalék = az oldott anyag tömege (g) / teljes oldat (g) tömege x 100

- % térfogat = az oldott anyag térfogata (ml) / térfogat a teljes oldatban (ml) x 100

- % tömeg / térfogat = oldott tömeg (g) / teljes oldat térfogata (ml) x 100

Ebben az esetben a teljes oldat tömegének vagy térfogatának kiszámításához hozzá kell adni az oldott anyag tömegét vagy térfogatát az oldószerrel..

A hígított koncentráció egységei

A hígított koncentráció mértékegységei azok, amelyek a hígított oldatban lévő nyomokban megjelenő nagyon kis koncentrációk kifejeződésére szolgálnak; A leggyakoribb felhasználás, amelyet ezeknek az egységeknek mutatnak be, az, hogy a másikban oldott gáz nyomokat találjanak, mint a levegőt szennyező ágenseket..

Ezeket az egységeket millió EUR-ban (ppm), milliárdegységben (ppb) és trillió-részre (ppt) kell feltüntetni, és az alábbiak szerint vannak kifejezve:

- ppm = 1 mg oldott / 1 literes oldat

- ppb = 1 μg oldott / 1 literes oldat

- ppt = 1 ng oldott / 1 literes oldat

Ezekben az expressziókban a mg milligramm (0,001 g), μg mikrogramm (0,000001 g) és ng nanogramm (0,000000001 g). Ezek az egységek térfogat / térfogatban is kifejezhetők.

Koncentrációk egységei mól szerint

A mólokon alapuló koncentrációs egységek a moláris frakció, a moláris százalék, a molaritás és a molalitás értékei (ezek az utóbbi kettő jobban leírhatók a cikk végén).

Az anyag mólfrakciója az összes molekulájának (vagy atomjának) töredéke a teljes molekulák vagy atomok függvényében. Ezt a következőképpen számítják ki:

X_A = az A anyag / molok száma az oldatban

Ezt az eljárást megismételjük a többi oldatban lévő anyag esetében, figyelembe véve, hogy az X összege_A + X_B + X_C ... egynek kell lennie.

A mólarány az X-hez hasonló módon működik_A, csak az a százalékos aránytól függően:

A = X moláris aránya_A x 100%

Az utolsó szakaszban részletesen tárgyaljuk a molaritás és a molalitást.

Formálisság és normalitás

Végül két koncentrációs egység létezik, amelyek jelenleg nem használatosak: formalitás és normalitás.

Az oldat formalitása a teljes oldat tömegére számított gramm-számot jelenti. Ezt kifejezzük:

F = No. P.F.G / L oldat

Ebben a kifejezésben a P.F.G megegyezik az anyag minden atomjának grammban kifejezett tömegével.

Ehelyett a normális érték az oldott egyenértékek számát mutatja az oldat literével, az alábbiak szerint:

N = ekvivalens gramm oldott / l oldat

Az említett expresszióban az ekvivalens gramm oldott anyag számítható a H molekulák számával⁺, OH^- vagy más módszerek, a molekula típusától függően.

molaritással

Az oldott anyag moláris vagy moláris koncentrációja a kémiai koncentráció egysége, amely az oldott anyag (n) móljait kifejezi vagy összekapcsolja az oldat (1) literben (L)..

A mólarányt M nagybetűvel jelöljük, és az oldott anyag (n) móljainak meghatározásához az oldott anyag grammjait (g) osztjuk az oldott anyag molekulatömegével (MW)..

Továbbá az oldott anyag molekulatömegének PM-jét a kémiai elemek atomtömegeinek (PA) vagy atomtömegének összegéből nyerjük, figyelembe véve azt az arányt, amelyben az oldott anyagot képezik. Így a különböző soluutóknak saját képviselőjük van (bár ez nem mindig áll fenn).

Ezeket a meghatározásokat az alábbi képletekben foglaljuk össze, amelyeket a megfelelő számítások elvégzésére használnak:

Molaritás: M = n (mól móloldat) / V (liter liter)

Mólok száma: n = g oldott / oldott oldott anyag

1. gyakorlat

Számítsuk ki a 45 g Ca (OH) -val készített oldat molaritását₂ 250 ml vízben oldjuk.

Az első dolog, amit meg kell számítani, a Ca (OH) molekulatömege.₂ (kalcium-hidroxid). Kémiai képlete szerint a vegyület egy kalcium kation és két oxidril anion. Itt a fajhoz képest kisebb vagy annál kisebb elektron súlya elhanyagolható, így az atomi súlyokat vesszük:

Ekkor az oldott anyák száma:

n = 45 g / 74 g / mol

n = 0,61 mol Ca (OH)₂

0,61 mól oldott anyagot kapunk, de fontos megjegyezni, hogy ezeket a molokat 250 ml oldatban oldjuk. Mivel a molaritás meghatározása az a liter vagy 1000 ml, akkor három egyszerű szabályt kell készíteni az 1000 ml említett oldat móljainak kiszámításához

Ha 250 ml oldatban van>> 0,61 mol oldott anyag

           1000 ml oldatban => x Hány mól van??

x = (0,61 mol) (1000 ml) / 250 ml

X = 2,44 M (mol / l)

Egy másik út

A másik módja annak, hogy a képleteket alkalmazzuk a képlet alkalmazásához, a 250 ml-t literre kell fordítani, a három szabályt is alkalmazva:

Ha 1000 ml => 1 liter

250 ml => x Hány liter van?

x = (250 ml) (1 liter) / 1000 ml

x = 0,25 L

Ezután a Molaritás képletben helyettesítjük:

M = (0,61 mól oldott anyag) / (0,25 liter oldat)

M = 2,44 mol / l

2. gyakorlat

Mit jelent, hogy a HCl-oldat 2,5 M?

A sósavoldat 2,5 mólos, ami azt jelenti, hogy az egyik liter feloldott 2,5 mól sósavat.

szabályszerűség

A normálság vagy az azzal egyenértékű koncentráció az az oldat kémiai koncentrációjának egysége, amelyet az N betűvel jelölnek. Ez a koncentrációs egység az oldott anyag reaktivitását mutatja, és megegyezik az oldat térfogatának literben kifejezett oldott ekvivalenseinek (Eq) számával..

N = Eq / L

Az ekvivalensek száma (Eq) megegyezik az ekvivalens tömeg (PEq) közötti oldott anyag grammjaival..

 Eq = g oldott / PEq

Az ekvivalens tömeget, vagy más néven gramm-egyenértéket is úgy számítjuk ki, hogy az oldott anyag molekulatömegét megkapjuk, és egyenértékű tényezővel osztjuk szét, amelyet az egyenlet összegzése céljából zeta delta-nak (ΔZ) nevezünk..

PEq = PM / ΔZ

számítás

A normalitás kiszámítása nagyon specifikus változást mutat az ekvivalens faktorban vagy az ΔZ-ben, ami szintén attól függ, hogy milyen típusú kémiai reakció van jelen az oldott vagy reaktív fajokban. A variáció néhány példája az alábbiakban említhető:

-Ha sav vagy bázis, ΔZ vagy azzal egyenértékű tényező, akkor ez egyenlő a hidrogénionok számával (H⁺)  vagy OH hidroxilcsoport^- legyen az oldott. Például kénsav (H₂SW₄) két egyenértékű, mivel két savas protonja van.

-Az oxidációs-redukciós reakciókat illetően az ΔZ megfelel az oxidációs vagy redukciós folyamatban részt vevő elektronok számának az adott esettől függően. Itt jön létre a kémiai egyenletek és a reakció specifikációjának kiegyensúlyozása.

-Ez az ekvivalens faktor vagy ΔZ megfelel az ionok számának, amelyek csapadékként besorolt ​​reakciókban kicsapódnak.

1. gyakorlat

Határozzuk meg 185 g Na-t₂SW₄ amelyek 1,3 literes oldatban vannak.

Az oldat oldott anyagának molekulatömegét először kiszámítjuk:

A második lépés az ekvivalens faktor vagy ΔZ kiszámítása. Ebben az esetben a nátrium-szulfát egy só, a kation vagy a fém Na-valenciája vagy töltése⁺, amelyet 2-szeresével meg kell szorozni, ami a só vagy az oldott anyag kémiai képletének indexe:

na₂SW₄ => ΔZ = Valencia kation x Subindex

ΔZ = 1 x 2

Ahhoz, hogy az egyenértékű súlyt megkapjuk, a megfelelő egyenletben helyettesíti:

 PEq = (142,039 g / mol) / (2 ekv. / Mol)

 PEq = 71,02 g / ekv

Ezután folytathatja az egyenértékek számának kiszámítását, és ismét egy másik egyszerű számításhoz fordulhat:

Eq = (185 g) / (71,02 g / ekv.)

Az ekvivalensek száma = 2,605 Eq

Végül az összes szükséges adattal a normalitás kiszámítása a definíciója szerint történik:

 N = 2,605 Eq / 1,3 L

N = 2,0 N

molalitás

A molalitás kisbetűvel van jelölve m és egyenlő az oldott anyag móljaival, amelyek egy (1) kilogramm oldószerben vannak jelen. Ezt moláris koncentrációnak is nevezik, és a következő képlettel számítják ki:

m = az oldószer / kg oldószer mólja

Míg a molaritás az oldat egy (1) literében lévő oldott mólok mólarányát állapítja meg, a molalitás az oldott anyag móljait tartalmazza, amelyek egy (1) kilogramm oldószerben vannak jelen..

Azokban az esetekben, amikor az oldatot egynél több oldószerrel állítjuk elő, a molalitás ugyanaz lesz, mint az oldott anyag mólja az oldószerek keverékének kilogrammonként..

1. gyakorlat

Határozzuk meg az oldat molalitását, amelyet 150 g szacharózt (C. \ T₁₂H₂₂0₁₁) 300 g vízzel.

A szacharóz molekulatömegét először úgy határozzuk meg, hogy kiszámítsuk az oldat oldatának mólját:

A szacharóz mólszámát kiszámítjuk:

n = (150 g szacharóz) / (342,109 g / mol)

n = 0,438 mól szacharóz

Miután a gramm oldószert kilogrammra vittük a végső képlet alkalmazásához.

Ezután helyettesítő:

m = 0,438 mól szacharózt / 0,3 kg vizet

m = 1,46 mol C₁₂H₂₂0₁₁/ Kg H₂O

Bár jelenleg vitatunk a molalitás végleges kifejezéséről, ez az eredmény a következőképpen is kifejezhető:

1,26 m₁₂H₂₂0₁₁ vagy 1,26 mol

Bizonyos esetekben előnyösnek tartjuk az oldat koncentrációjának kifejeződését a molalitás szempontjából, mivel az oldott anyag és az oldószer tömegei nem szenvednek enyhe ingadozásokat vagy a hőmérséklet vagy a nyomás hatásai miatt bekövetkező változásokat; mint a gázhalmazállapotú oldatokban.

Ezenkívül rámutatunk arra, hogy a koncentráció egy egysége, amelyet egy adott oldott anyagra utal, nem változik más oldott anyagok jelenlétében az oldódásban..

Ajánlások és fontos megjegyzések a kémiai koncentrációról

Az oldat térfogata mindig nagyobb, mint az oldószer térfogata

Ahogy a megoldási gyakorlatok megoldódnak, az oldat térfogatának értelmezésének hibája, mintha az oldószer lenne. Például, ha egy gramm csokoládéport feloldunk egy liter vízben, az oldat térfogata nem egyezik meg egy liter vízzel..

Miért nem? Mivel az oldott anyag mindig helyet foglal el az oldószer-molekulák között. Ha az oldószer nagy affinitást mutat az oldott anyaggal szemben, az oldódás utáni térfogatváltozás nevetséges vagy elhanyagolható lehet.

De ha nem, és még inkább, ha az oldott anyag mennyisége nagy, a kötetváltozást figyelembe kell venni. Így: Vsolvente + Vsoluto = Vsolución. Csak a hígított oldatokban vagy a kis mennyiségben oldott oldatokban érvényes Vsolvente = Vsolution.

Ezt a hibát különösen szem előtt kell tartani, különösen folyékony oldatokkal végzett munka során. Például, ha a csokoládépor feloldása helyett a méz alkoholban oldódik, akkor a hozzáadott méz mennyisége jelentős hatással lesz az oldat teljes térfogatára..

Ezért ezekben az esetekben az oldószer térfogatát hozzá kell adni az oldószer térfogatához.

A Molaritás hasznossága

-A koncentrált oldat molaritásának ismerete lehetővé teszi a hígítási számítások elvégzését az M1V1 = M2V2 egyszerű képlet alkalmazásával, ahol az M1 megfelel az oldat kezdeti molaritásának és az M2 molaritásának az oldatból, amelyet az oldatból elő kell készíteni. M1.

-Ismerve a megoldás molaritását, az alábbi képlet segítségével könnyen kiszámíthatja az oldat normális értékét: Normál = egyenértékű x M

A képletek nem kerülnek memorizálásra, hanem az egységek vagy definíciók

A memória azonban néha nem emlékszik a koncentráció kiszámításához szükséges összes egyenletre. Ehhez nagyon hasznos az egyes fogalmak egyértelmű meghatározása.

A definícióból az egységeket a átváltási tényezők kifejezni azokat, amelyek megfelelnek a meghatározni kívántnak.

Például, ha rendelkezik a molalitással, és normálisra akarod alakítani, akkor tegye a következőket:

(mol / kg oldószer) x (kg / 1000 g) (g oldószer / ml) (ml oldószer / ml oldat) (1000 ml / l) (Eq / mol)

Megjegyezzük, hogy (g oldószer / ml) az oldószer sűrűsége. A (ml oldószer / ml oldat) kifejezés azt jelenti, hogy az oldat tényleges mennyisége megfelel az oldószernek. Gyakorlati okokból számos gyakorlatban ez az utolsó kifejezés 1-nek felel meg, bár soha nem teljesen igaz.

referenciák

1. Bevezető kémia- 1^st Kanadai kiadás. Kvantitatív koncentrációs egységek. 11. fejezet Megoldások. Készült: opentextbc.ca
2. Wikipedia. (2018). Ekvivalens koncentráció Készült: en.wikipedia.org
3. PharmaFactz. (2018). Mi a molaritás? Felvenni: pharmafactz.com
4. Whitten, Davis, Peck és Stanley. Kémia. (8. kiadás). CENGAGE Learning, 101-103, 512, 513.
5. Vizes oldatok-Molaritás. Szedve: chem.ucla.edu
6. Quimicas.net (2018). Példák a normálságra. A lap eredeti címe: quimicas.net.