Cheminiai koncentracijos būdai ją išreikšti, vienetai, moliškumas ir moliarumas

The cheminė koncentracija yra tirpalo santykinio tirpalo kiekio matas. Šis matas išreiškia tirpiklio santykį su tirpiklio arba tirpalo kiekiu ar tūriu koncentracijos vienetais. Terminas "koncentracija" yra susietas su tirpios medžiagos kiekiu: tirpalas bus labiau koncentruotas, o daugiau tirpsta.

Šie vienetai gali būti fiziniai, kai atsižvelgiama į tirpalo ar cheminių medžiagų masės ir (arba) tūrio dydžius, kai tirpiklio koncentracija yra išreikšta jos moliais arba ekvivalentais, atsižvelgiant į Avogadro skaičių..

Taigi, naudojant molekulinius arba atominius svorius ir Avogadro skaičių, fizinius vienetus galima paversti cheminiais, kai išreiškiama tam tikro tirpalo koncentracija. Todėl visus vienetus galima paversti tuo pačiu sprendimu.

Indeksas

• 1 Tirpalai praskiesti ir koncentruoti
• 2 būdai, kaip išreikšti koncentraciją
  • 2.1 Kokybinis apibūdinimas
  • 2.2 Klasifikavimas pagal tirpumą
  • 2.3 Kiekybinis žymėjimas
• 3 koncentracijos vienetai
  • 3.1 Santykinės koncentracijos vienetai
  • 3.2 Praskiestos koncentracijos vienetai
  • 3.3 Koncentracijos vienetai, pagrįsti molais
  • 3.4 Formalumas ir normalumas
• 4 Moliarumas
  • 4.1 1 užduotis
  • 4.2 2 pratimas
• 5 Normalumas
  • 5.1 Skaičiavimas
  • 5.2 1 užduotis
• 6 Molalumas
  • 6.1 1 užduotis
• 7 Rekomendacijos ir svarbios pastabos apie cheminę koncentraciją
  • 7.1 Tirpalo tūris visada yra didesnis nei tirpiklio tūris
  • 7.2. Moliarumo naudingumas
  • 7.3 Formulės nėra įsiminti, bet yra vienetai arba apibrėžimai
• 8 Nuorodos 

Tirpalai praskiesti ir koncentruoti

Kaip galima pastebėti, ar koncentracija yra labai praskiesta arba koncentruota? Iš pirmo žvilgsnio pasireiškia bet kokia jo organoleptinė ar cheminė savybė; tai yra tie, kurie suvokia jutimus arba kuriuos galima išmatuoti.

Viršutiniame paveikslėlyje matyti kalio dichromato koncentracijos praskiedimas (K₂Kr₂O₇), kuri pasižymi oranžine spalva. Iš kairės į dešinę matysite, kaip spalva sumažėja, kai koncentracija yra atskiesta, pridedant daugiau tirpiklio.

Šis skiedimas leidžia gauti tokiu būdu praskiestą koncentraciją iš koncentruoto. Spalva (ir kitos "paslėptos" savybės oranžinės spalvos krūtinėje) keičiasi taip pat, kaip ir jo koncentracija, naudojant fizinius ar cheminius vienetus..

Bet kokie yra cheminių medžiagų koncentracijos vienetai? Tarp jų yra tirpalo moliarinė arba molinė koncentracija, kuri susieja tirpalo molius ir bendrą tirpalo tūrį litrais..

Jūs taip pat turite molalumą arba taip pat žinomas kaip molinė koncentracija, kuri reiškia tirpiklių molius, bet kurie yra standartizuotame tirpiklio arba tirpiklio kiekyje, kuris yra lygiai vienas kilogramas.

Šis tirpiklis gali būti grynas arba, jei tirpale yra daugiau nei vienas tirpiklis, molalumas bus tirpiklio molai kilogramui tirpiklio mišinio.

Trečiasis cheminės koncentracijos vienetas yra normalus arba normalus tirpalo koncentravimas, išreiškiantis tirpalo cheminių ekvivalentų skaičių litre tirpalo..

Vienetas, kuriame išreiškiamas normalumas, yra ekvivalentais litre (Eq / L), o medicinoje elektrolitų koncentracija žmogaus serume yra išreikšta miliekvivalentais litre (mEq / L)..

Koncentracijos išreiškimo būdai

Sprendimo koncentracija gali būti žymima trimis pagrindiniais būdais, net jei jie turi daug įvairių terminų ir vienetų, kurie gali būti naudojami šios vertės matavimui: kokybinis aprašymas, kiekybinis žymėjimas ir klasifikacija pagal terminus tirpumo.

Priklausomai nuo kalbos ir konteksto, kuriame dirbate, pasirinksite vieną iš trijų būdų, kaip išreikšti mišinio koncentraciją.

Kokybinis aprašymas

Naudojama daugiausia neoficialioje ir netechninėje kalboje, kokybinis mišinio koncentracijos apibūdinimas išreiškiamas būdvardžiais, kurie apibendrintai nurodo koncentracijos lygį, kurį turi tirpalas..

Tokiu būdu minimalus koncentracijos lygis pagal kokybinį aprašymą yra „atskiesto“ tirpalo koncentracija, o didžiausias yra „koncentruotas“..

Kalbame apie atskiestus tirpalus, kai tirpalas turi labai mažą tirpalo kiekį, priklausomai nuo bendro tirpalo tūrio. Jei norite ištirpinti tirpalą, turite pridėti didesnį tirpiklio kiekį arba ieškoti būdų, kaip sumažinti tirpiklį.

Dabar kalbame apie koncentruotus sprendimus, kai jie turi didelę tirpalo dalį, priklausomai nuo bendro tirpalo tūrio. Koncentruoti tirpalą, pridėti daugiau tirpiklių arba sumažinti tirpiklio kiekį.

Šia prasme kokybinis apibūdinimas vadinamas šia klasifikacija, ne tik todėl, kad jam trūksta matematinių matavimų, bet ir empirinės kokybės (tai gali būti priskiriama vizualinėms savybėms, kvapams ir skoniams, nereikalaujant mokslinio įrodymo).

Klasifikavimas pagal tirpumą

Koncentracijos tirpumas reiškia didžiausią tirpiosios medžiagos talpą, turintį tirpalą, priklausomai nuo sąlygų, tokių kaip temperatūra, slėgis ir medžiagos, kurios yra ištirpintos arba suspenduotos..

Tirpalai gali būti suskirstyti į tris tipus pagal jų tirpalo kiekį, ištirpusį matavimo metu: nesotieji, prisotinti ir perpildyti tirpalai.

- Nesotieji tirpalai yra tie, kuriuose yra mažesnis tirpalo kiekis, iš kurio tirpalas gali ištirpti. Šiuo atveju tirpalas nepasiekė didžiausios koncentracijos.

- Sotieji tirpalai yra tie, kuriuose maksimalus tirpių kiekis yra ištirpintas tirpiklyje tam tikroje temperatūroje. Šiuo atveju yra pusiausvyra tarp abiejų medžiagų ir tirpalas negali priimti daugiau tirpių medžiagų (nes nutinka).

- Supersotieji tirpalai turi daugiau tirpių nei tirpalas priimtų pusiausvyros sąlygomis. Tai pasiekiama šildant prisotintą tirpalą, pridedant daugiau tirpių nei įprastai. Kai šalta, ji automatiškai neišskiria tirpalo, bet bet koks trikdymas gali sukelti šį poveikį dėl jo nestabilumo.

Kiekybinis žymėjimas

Kai tiriamas sprendimas, naudojamas technikos ar mokslo srityje, reikia išmatuoti ir išreikšti vienetais tikslumo, kuris apibūdina koncentraciją pagal tikslią jo masės ir (arba) tūrio vertę..

Štai kodėl egzistuoja daugybė vienetų, naudojamų kiekybinės žymos tirpalo koncentracijai išreikšti, kurie yra suskirstyti į fizines ir chemines, ir kurie savo ruožtu turi savo padalinius.

Fizinės koncentracijos vienetai yra „santykinės koncentracijos“ vienetai, išreikšti procentais. Yra trys būdai, kaip išreikšti procentinę koncentraciją: masės procentais, procentais pagal masę ir masės procentais.

Priešingai, cheminių koncentracijų vienetai yra pagrįsti molinių kiekių, ekvivalentų grame, milijonų dalių ir kitų tirpalo savybių, atsižvelgiant į tirpalą..

Šie vienetai yra dažniausiai pasitaikantys dėl didelio tikslumo matuojant koncentracijas, todėl jie paprastai yra tie, kuriuos norite žinoti dirbdami su cheminiais tirpalais.

Koncentracijos vienetai

Kaip aprašyta ankstesniuose skirsniuose, apskaičiuojant kiekybinį tirpalo koncentraciją, skaičiavimus šiuo tikslu turėtų valdyti esami padaliniai..

Be to, koncentracijos vienetai skirstomi į santykinę koncentraciją, praskiestų koncentracijų, kurių pagrindas yra molai ir kiti papildomi vienetai..

Santykinės koncentracijos vienetai

Santykinė koncentracija yra procentinė dalis, kaip nurodyta ankstesniame skyriuje. Šie vienetai skirstomi į masės masės procentinę dalį, tūrio tūrio procentinę dalį ir masės procentinę dalį ir apskaičiuojami taip: \ t

- masė = tirpios medžiagos masė (g) / bendrojo tirpalo masė (g) x 100

- % tūris = tirpiklio tūris (ml) / bendro tirpalo tūrio (ml) x 100

- % masės / tūrio = tirpiosios medžiagos masė (g) / bendras tirpalo tūris (ml) x 100

Tokiu atveju, norint apskaičiuoti viso tirpalo masę arba tūrį, turi būti pridėta tirpiklio masė arba tūris su tirpikliu..

Praskiestos koncentracijos vienetai

Praskiestos koncentracijos vienetai yra tie, kurie naudojami išreikšti tas labai mažas koncentracijas, kurios yra pėdsakų praskiestame tirpale; Dažniausiai šiems vienetams pateikiamas naudojimas yra ištirpintos dujų pėdsakų kitoje, kaip orą teršiančių agentų, pėdsakų radimas.

Šie vienetai nurodyti milijonų dalių (ppm), milijardo dalių (ppb) ir trilijono dalių (ppt) forma ir yra išreikšti taip:

- ppm = 1 mg tirpalo / 1 L tirpalo

- ppb = 1 μg tirpalo / 1 l tirpalo

- ppt = 1 ng tirpalo / 1 l tirpalo

Šiuose reiškiniuose mg yra lygus miligramams (0,001 g), μg yra lygus mikrogramams (0,000001 g) ir ng yra lygus nanogramoms (0,000000001 g). Šie vienetai taip pat gali būti išreikšti tūrio / tūrio.

Koncentracijos vienetai pagal molius

Koncentracijos vienetai pagal molius yra molinės frakcijos, molinės procentinės dalies, moliarumo ir molalumo vienetai (šie paskutiniai du geriau aprašyti straipsnio pabaigoje).

Medžiagos molinė frakcija yra visų jo sudedamųjų molekulių (arba atomų) dalis, priklausanti nuo visų molekulių ar atomų. Jis apskaičiuojamas taip:

X_A = medžiagos A / molių skaičius (bendras tirpalo molių skaičius)

Ši procedūra kartojama kitoms tirpalo medžiagoms, atsižvelgiant į tai, kad X suma_A + X_B + X_C ... turi būti lygus vienam.

Molinis procentas veikia panašiai kaip X_A, tik tai, kad priklausomai nuo procentų:

Molinis procentas A = X_A x 100%

Paskutiniame skyriuje išsamiai aptariamas moliarumas ir molalumas.

Formalumas ir normalumas

Galiausiai yra du koncentracijos vienetai, kurie šiuo metu yra nenaudojami: formalumas ir normalumas.

Tirpalo formalumas atitinka masės formulės gramų skaičių vienam litrui viso tirpalo. Jis išreiškiamas taip:

F = Nr. P.F.G / L tirpalas

Šioje frazėje P.F.G yra lygus kiekvienos medžiagos atomo svoriui, išreikštam gramais.

Vietoj to, normalumas reiškia tirpių ekvivalentų skaičių, padalytą iš litrų tirpalo, kaip nurodyta toliau:

N = ekvivalentinis gramas tirpalo / L tirpalo

Minėtos išraiškos atveju ekvivalentiniai gramai tirpių gali būti apskaičiuojami pagal molių H skaičių⁺, OH^- arba kitus metodus, priklausomai nuo molekulės tipo.

Moliarumas

Tirpiosios medžiagos moliarinė arba molinė koncentracija yra cheminės koncentracijos vienetas, kuris išreiškia arba susieja tirpalo (n) molius, kurie yra viename (1) litre (L)..

Moliškumas žymimas didele raide M ir tirpiosios medžiagos (n) molių nustatymui tirpiklio (g) gramai padalijami iš tirpalo molekulinės masės (MW)..

Be to, tirpiosios medžiagos molekulinė masė PM gaunama iš cheminių elementų atominių masių (PA) arba atominės masės sumos, atsižvelgiant į proporciją, kuria jie jungiasi, kad susidarytų tirpalas. Taigi, skirtingi soluutai turi savo parlamento narius (nors tai ne visada).

Šios apibrėžtys apibendrintos toliau pateiktose formulėse, kurios naudojamos atliekant atitinkamus skaičiavimus:

Moliarumas: M = n (tirpalo moliai) / V (litre tirpalo)

Molių skaičius: n = tirpiojo tirpalo / PM kiekis

1 pratimas

Apskaičiuokite tirpalo, paruošto su 45 g Ca (OH), moliarumą.₂ ištirpinama 250 ml vandens.

Pirmiausia reikia apskaičiuoti Ca (OH) molekulinę masę.₂ (kalcio hidroksidas). Pagal cheminę formulę junginys yra kalcio katijonas ir du oksidriliniai anijonai. Čia mažiau ar mažiau rūšies elektrono svoris yra nereikšmingas, todėl atomo svoriai imami:

Tada tirpalo molių skaičius bus:

n = 45 g / (74 g / mol)

n = 0,61 mol Ca (OH)₂

Gauta 0,61 molio tirpalo, tačiau svarbu prisiminti, kad šie molai ištirpinami 250 ml tirpalo. Kadangi moliarumo apibrėžtis yra a litro arba 1000 ml, tada reikia atlikti paprastą trijų taisyklių taisyklę, kad būtų galima apskaičiuoti 1000 ml minėto tirpalo molius

Jei 250 ml tirpalo yra => 0,61 molio tirpalo

           1000 ml tirpalo => x Kiek molių yra??

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

X = 2,44 M (mol / l)

Kitas būdas

Kitas būdas įsigyti formulių, kad galėtumėte taikyti formulę, reikalauja, kad jūs imtumėte 250 ml į litrus, taip pat taikant tris taisykles:

Jei 1000 ml = 1 litrų

250 ml => x Kiek litrų yra?

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

x = 0,25 L

Tuomet Molekulinės formulės pakaitalas:

M = (0,61 mol tirpalo) / (0,25 l tirpalo)

M = 2,44 mol / l

2 pratimas

Ką reiškia, kad HCl tirpalas yra 2,5 M?

HCl tirpalas yra 2,5 molinis, o tai reiškia, kad vienas litras jo ištirpina 2,5 molio druskos rūgšties.

Paprastumas

Normalumas arba lygiavertė koncentracija yra tirpalų cheminės koncentracijos vienetas, žymimas didele raide N. \ t Šis koncentracijos vienetas rodo tirpiosios medžiagos reaktyvumą ir yra lygus tirpių ekvivalentų (Eq) skaičiui tarp tirpalo tūrio, išreikšto litrais.

N = Eq / L

Ekvivalentų skaičius (Eq) yra lygus tirpalo gramams tarp ekvivalentinio svorio (PEq).

 Eq = g tirpalo / PEq

Lygiavertis svoris, taip pat žinomas kaip gramų ekvivalentas, apskaičiuojamas gaunant tirpalo molekulinę masę ir dalijant jį lygiaverčiu veiksniu, kuris apibendrinant lygtyje vadinamas zeta delta (ΔZ).

PEq = PM / ΔZ

Skaičiavimas

Normalumo apskaičiavimas turi labai specifinį lygiavertį koeficientą arba ΔZ, kuris taip pat priklauso nuo cheminės reakcijos, kurioje dalyvauja tirpiosios arba reaktyviosios rūšys, tipas. Kai kurie šio varianto atvejai gali būti paminėti toliau:

-Kai tai yra rūgštis arba bazė, ΔZ arba lygiavertis koeficientas, jis bus lygus vandenilio jonų skaičiui (H. \ T⁺)  arba OH hidroksilas^- turėti tirpiklį. Pavyzdžiui, sieros rūgštis (H₂SO₄) turi du ekvivalentus, nes turi du rūgšties protonus.

-Kalbant apie oksidacijos-redukcijos reakcijas, ΔZ atitiks oksidacijos ar redukcijos procese dalyvaujančių elektronų skaičių, priklausomai nuo konkretaus atvejo. Čia atliekamas cheminių lygčių ir reakcijos specifikacijos balansavimas.

-Be to, šis ekvivalentinis faktorius arba ΔZ atitinka jonų, kurie nusodina reakcijose, klasifikuojamose kaip krituliai, skaičių.

1 pratimas

Nustatykite 185 g Na₂SO₄ yra 1,3 l tirpalo.

Pirmiausia šio tirpalo tirpalo molekulinė masė bus apskaičiuota:

Antrasis žingsnis yra apskaičiuoti lygiavertį koeficientą arba ΔZ. Tokiu atveju natrio sulfatas yra druska, katijono arba metalo Na valencija arba įkrova⁺, kuris bus padaugintas iš 2, kuris yra druskos arba tirpalo cheminės formulės indeksas:

Na₂SO₄ => ΔZ = Valensijos kationas x subindeksas

ΔZ = 1 x 2

Norint gauti lygiavertį svorį, jis pakeičiamas atitinkama lygtimi:

 PEq = (142,039 g / mol) / (2 Eq / mol)

 PEq = 71,02 g / ekv

Ir tada galite pradėti skaičiuoti ekvivalentų skaičių, vėl pasinaudodami kitu paprastu skaičiavimu:

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

Ekvivalentų skaičius = 2,605 ekv

Galiausiai, su visais būtinais duomenimis, normalumas dabar apskaičiuojamas pakeičiant pagal jo apibrėžimą:

 N = 2,605 Eq / 1,3 L

N = 2,0 N

Molalumas

Molalumą žymi mažoji raidė m ir yra lygus tirpalo moliams, kurie yra viename (1) kilograme tirpiklio. Jis taip pat vadinamas moline koncentracija ir apskaičiuojamas pagal šią formulę:

m = tirpiklio tirpalo moliai

Nors moliarumas nustato tirpalo molių santykį, esantį viename (1) litre tirpalo, molalumas susijęs su tirpalo moliais, kurie yra viename (1) kilograme tirpiklio.

Tais atvejais, kai tirpalas paruošiamas su daugiau nei vienu tirpikliu, molalumas išreiškia tokį patį kaip tirpiklio molai kilogramui tirpiklių mišinio..

1 pratimas

Nustatomas tirpalo, paruošto maišant 150 g sacharozės (C), molalumas₁₂H₂₂0₁₁) su 300 g vandens.

Pirmiausia nustatoma sacharozės molekulinė masė, apskaičiuojant šio tirpalo tirpalo molius:

Apskaičiuotas sacharozės molių skaičius:

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

n = 0,438 molai sacharozės

Po to, kai gramai tirpiklio yra paimami į kilogramą, taikoma galutinė formulė.

Tuomet pakeisite:

m = 0,438 molai sacharozės / 0,3 kg vandens

m = 1,46 mol C₁₂H₂₂0₁₁/ Kg₂O

Nors šiuo metu diskutuojama apie galutinę molalumo išraišką, šis rezultatas taip pat gali būti išreikštas kaip:

1,26 m₁₂H₂₂0₁₁ arba 1,26 molio

Manoma, naudinga kai kuriais atvejais išreikšti vertinant pagal molality tirpalo koncentraciją, kaip tirpinio masės ir tirpiklis neturi nedidelių svyravimų ar unapparent pakeitimus poveikio temperatūros ar spaudimo; kaip tai vyksta sprendimų dujiniu tirpinio.

Be to, pažymima, kad šis koncentracijos vienetas, susijęs su konkrečiu tirpikliu, nepakeičiamas kitų tirpių buvimo metu..

Rekomendacijos ir svarbios pastabos apie cheminę koncentraciją

Tirpalo tūris visada yra didesnis nei tirpiklio tūris

Sprendimo pratimai išsprendžiami, nes atsiranda klaidos, susijusios su tirpalo tūrio aiškinimu, tarsi jis būtų tirpiklis. Pavyzdžiui, jei vienas gramas šokolado miltelių ištirpinamas viename litre vandens, tirpalo tūris nėra lygus vienam litrui vandens..

Kodėl gi ne? Kadangi tirpiklis visada užima erdvę tarp tirpiklių molekulių. Kai tirpiklis turi didelį afinitetą tirpikliui, tūris pasikeičia po ištirpinimo gali būti juokingas arba nereikšmingas.

Tačiau, jei ne, ir dar daugiau, jei tirpalo kiekis yra didelis, reikia atsižvelgti į tūrio pokytį. Taigi: Vsolvente + Vsoluto = Vsolución. Tik praskiestuose tirpaluose arba kai tirpiklių kiekis yra mažas, galioja Vsolvente = Vsolution.

Ši klaida turi būti nepamiršta, ypač dirbant su skystais tirpikliais. Pavyzdžiui, jei vietoj šokolado miltelių, medus ištirpinamas alkoholyje, tada pridėto medaus tūris turės reikšmingą poveikį bendram tirpalo kiekiui..

Todėl tokiais atvejais tirpiklio tūris turi būti pridedamas prie tirpiklio tūrio.

Moliarumo naudingumas

-Žinant molinė koncentracija koncentruoto tirpalo leidžia skaičiavimai praskiedimą, naudojant paprastą formulę M1V1 = M2V2, kur M1 atitinka pirminį molinė koncentracija tirpalo ir M2 tirpalo molinė koncentracija turi būti paruoštas iš tirpalo M1.

-Žinant tirpalo moliarumą, galite lengvai apskaičiuoti tirpalo normalumą naudojant šią formulę: Normališkumas = ekvivalento skaičius x M

Formulės nėra įsiminti, bet yra vienetai arba apibrėžimai

Tačiau atmintis kartais nepamiršta visų lygčių, susijusių su koncentracijos skaičiavimais. Tam labai naudinga aiškiai apibrėžti kiekvieną sąvoką.

Iš apibrėžimo vienetai rašomi naudojant perskaičiavimo koeficientus išreikšti tuos, kurie atitinka tai, ką norite nustatyti.

Pavyzdžiui, jei turite molalumą ir norite ją konvertuoti į normalumą, atlikite šiuos veiksmus:

(mol / kg tirpiklis) x (kg / 1000 g) (g tirpiklis / ml) (tirpiklio / ml tirpalo) (1000 ml / l) (Eq / mol)

Atkreipkite dėmesį, kad (g tirpiklis / ml) yra tirpiklio tankis. Terminas (tirpiklio / ml tirpalo tirpalas) reiškia, kiek tirpalo iš tiesų atitinka tirpalo tūris. Daugelyje pratybų praktinė priežastimi ši paskutinė kadencija yra lygi 1, nors ji niekada nėra visiškai teisinga.

Nuorodos

1. Įvadinė chemija- 1^g Kanados leidimas. Kiekybiniai koncentracijos vienetai. 11 skyrius Sprendimai. Paimta iš: opentextbc.ca
2. Vikipedija. (2018). Ekvivalentinė koncentracija Paimta iš: en.wikipedia.org
3. PharmaFactz. (2018). Kas yra moliarumas? Paimta iš: pharmafactz.com
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemija (8-asis red.). „CENGAGE Learning“, p 101-103, 512, 513.
5. Vandeniniai tirpalai - moliarumas. Paimta iš: chem.ucla.edu
6. Quimicas.net (2018). Normalumo pavyzdžiai. Gauta iš: quimicas.net.