تركيز- القيمة التي تميز التركيب الكمي للحل.

تركيز المذاب (وليس المحلول) هو نسبة كمية المذاب أو كتلته إلى حجم المحلول (مول / لتر ، جم / لتر) ، أي نسبة الكميات غير المتجانسة.

هذه الكميات التي تمثل نسبة نفس النوع من الكميات (نسبة كتلة المذاب إلى كتلة المحلول ، نسبة حجم المذاب إلى حجم المحلول) تسمى بشكل صحيح تشارك. لكن في الممارسةلكلا النوعين من التعبير عن التكوين ، يتم استخدام المصطلح تركيزونتحدث عن تركيز الحلول.

هناك طرق عديدة للتعبير عن تركيز الحلول.

الكسر الكتلي (ويسمى أيضًا تركيز النسبة المئوية)

الكسر الكتلي - نسبة كتلة المذاب إلى كتلة المحلول. يقاس الكسر الكتلي بأجزاء من الوحدة.

م 1 - كتلة المادة المذابة ، جم (كجم) ؛

م هي الكتلة الكلية للمحلول ، جم (كجم).

جزء الكتلة من المذابعادة ما يتم التعبير عن w (B) في صورة كسر من وحدة أو كنسبة مئوية. على سبيل المثال ، الجزء الكتلي للمادة المذابة - CaCl 2 في الماء هو 0.06 أو 6٪. هذا يعني أن محلول كلوريد الكالسيوم وزنه 100 جرام يحتوي على كلوريد الكالسيوم بوزن 6 جرام وماء بوزن 94 جرام.

مثال: كم جرام من كبريتات الصوديوم والماء مطلوب لتحضير 300 جرام من محلول 5٪؟

الحل: م (Na 2 SO 4) \ u003d w (Na 2 SO 4) / 100 \ u003d (5300) / 100 \ u003d 15 (جم)

حيث w (Na 2 SO 4)) هو الكسر الكتلي في ٪ ، م هي كتلة المحلول في جم م (H 2 O) \ u003d 300 جم - 15 جم \ u003d 285 جم.

لذلك ، لتحضير 300 جم من محلول كبريتات الصوديوم بنسبة 5٪ ، تحتاج إلى تناول 15 جم من Na 2 SO 4) و 285 جم من الماء.

النسبة المئوية الكتلية للمكون ، ω٪

ω ٪ = (م أنا / Σ م أنا) * 100

حجم الكسر

حجم الكسر - نسبة حجم المذاب إلى حجم المحلول. يتم قياس الكسر الحجمي بأجزاء من وحدة أو كنسبة مئوية.

V 1 - حجم المادة المذابة ، ل ؛

V هو الحجم الكلي للحل ، ل.

هناك المكثافمصممة لتحديد تركيز محاليل بعض المواد. يتم تخرج هذه المكثاف ليس في قيم الكثافة، ولكن مباشرة في قيم تركيز المحلول. للحصول على حلول مشتركة الكحول الإيثيلي،عادة ما يتم التعبير عن تركيزها كنسبة مئوية من حيث الحجم ، وتسمى أجهزة قياس كثافة السوائل هذه أجهزة قياس الكحول.

المولارية (تركيز الحجم المولي)

التركيز المولي - كمية المذاب (عدد المولات) لكل وحدة حجم للمحلول. يتم قياس التركيز المولي في مول / لتر (م) أو مليمول / لتر (مم). التعبير في "المولارية" شائع أيضًا. لذلك ، يسمى المحلول بتركيز 0.5 مول / لتر 0.5 مولار.

ν - كمية المادة المذابة ، مول ؛

V هو الحجم الكلي للحل ، ل.

يُقاس التركيز المولي بالمول / لتر ويُشار إليه بالحرف "M". على سبيل المثال ، 2 M NaOH عبارة عن محلول 2 مولار من هيدروكسيد الصوديوم. يحتوي لتر واحد من هذا المحلول على 2 مول من مادة أو 80 جم.

مثال: ما كتلة كرومات البوتاسيوم K. 2 CrO 4 تحتاج إلى تحضير 1.2 لتر من محلول 0.1 م؟

الحل: M (K 2 CrO 4) \ u003d C (K 2 CrO 4) V M (K 2 CrO 4) \ u003d 0.1 مول / لتر 1.2 لتر 194 جم / مول "23.3 جم.

وبالتالي ، لتحضير 1.2 لترًا من محلول 0.1 م ، يجب أن تأخذ 23.3 جم من K 2 CrO 4 وتذوب في الماء ، ورفع الحجم إلى 1.2 لتر.

المقال يتعامل مع مفهوم مثل الكسر الكتلي. طرق حسابها معطاة. كما تم وصف تعريفات الكميات المتشابهة في الصوت ، ولكنها مختلفة في المعنى المادي. هذه كسور جماعية للعنصر والمخرجات.

مهد الحياة - الحل

الماء هو مصدر الحياة على كوكبنا الأزرق الجميل. يمكن العثور على هذا التعبير في كثير من الأحيان. ومع ذلك ، فإن قلة من الناس ، باستثناء المتخصصين ، يعتقدون: في الواقع ، أصبح محلول المواد ، وليس الماء النقي كيميائيًا ، الركيزة لتطوير الأنظمة البيولوجية الأولى. بالتأكيد ، في الأدب الشعبي أو في برنامج ما ، صادف القارئ عبارة "حساء أساسي".

المصادر التي أعطت الزخم لتطور الحياة في شكل جزيئات عضوية معقدة لا تزال قيد المناقشة. حتى أن البعض يقترح ليس مجرد مصادفة طبيعية وممتعة للغاية ، ولكن تدخلًا كونيًا. علاوة على ذلك ، نحن لا نتحدث عن كائنات فضائية أسطورية على الإطلاق ، ولكن عن ظروف محددة لتكوين هذه الجزيئات ، والتي يمكن أن توجد فقط على سطح أجسام كونية صغيرة خالية من الغلاف الجوي - المذنبات والكويكبات. وبالتالي ، سيكون من الأصح القول إن محلول الجزيئات العضوية هو مهد كل أشكال الحياة.

الماء كمادة نقية كيميائيا

على الرغم من المحيطات والبحار المالحة الضخمة والبحيرات والأنهار العذبة ، فإن المياه بشكلها النقي كيميائيًا نادرة للغاية ، خاصة في المختبرات الخاصة. تذكر أنه وفقًا للتقاليد العلمية المحلية ، فإن المادة النقية كيميائيًا هي مادة لا تحتوي على أكثر من عشرة أس سدس من الجزء الكتلي للشوائب.

يتطلب الحصول على كتلة خالية تمامًا من المكونات الأجنبية تكاليف لا تصدق ونادرًا ما تبرر نفسها. يتم استخدامه فقط في الصناعات الفردية ، حيث يمكن لذرة أجنبية واحدة إفساد التجربة. لاحظ أن عناصر أشباه الموصلات ، التي تشكل أساس التكنولوجيا المصغرة اليوم (بما في ذلك الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية) ، حساسة للغاية للشوائب. في صنعها ، هناك حاجة إلى مذيبات غير ملوثة تمامًا. ومع ذلك ، مقارنة بكامل سائل الكوكب ، فإن هذا لا يكاد يذكر. كيف تكون المياه الشائعة التي تتخلل كوكبنا نادرة جدًا في شكلها النقي؟ دعنا نوضح أدناه.

مذيب مثالي

الإجابة على السؤال المطروح في القسم السابق بسيطة للغاية. الماء له جزيئات قطبية. هذا يعني أنه في كل جسيم أصغر من هذا السائل ، لا يكون القطبان الموجب والسالب كثيرًا ، ولكنهما منفصلان. في الوقت نفسه ، تخلق الهياكل التي تنشأ حتى في الماء السائل روابط إضافية (تسمى الهيدروجين). وإجمالاً فإنه يعطي النتيجة التالية. يتم تفكيك المادة التي تدخل الماء (بغض النظر عن شحنتها) بواسطة جزيئات السائل. يتم تغليف كل جسيم من الشوائب المذابة إما بجوانب سالبة أو موجبة من جزيئات الماء. وبالتالي ، فإن هذا السائل الفريد قادر على إذابة عدد كبير جدًا من مجموعة متنوعة من المواد.

مفهوم الكسر الكتلي في المحلول

يحتوي المحلول الناتج على بعض الشوائب التي تسمى "الكسر الكتلي". على الرغم من عدم وجود هذا التعبير في كثير من الأحيان. مصطلح آخر شائع الاستخدام هو "التركيز". يتم تحديد الكسر الكتلي بنسبة معينة. لن نعطي تعبيرًا صيغًا ، إنه بسيط للغاية ، وسنشرح بشكل أفضل المعنى المادي. هذه هي نسبة كتلتين - الشوائب إلى المحلول. الكسر الكتلي هو كمية بلا أبعاد. يتم التعبير عنها بطرق مختلفة اعتمادًا على المهام المحددة. أي في كسور الوحدة ، إذا كانت الصيغة تحتوي فقط على نسبة الكتل ، وفي النسبة المئوية - إذا تم ضرب النتيجة في 100٪.

الذوبان

بالإضافة إلى H 2 O ، تُستخدم أيضًا مذيبات أخرى. بالإضافة إلى ذلك ، هناك مواد لا تتخلى أساسًا عن جزيئاتها في الماء. لكنها تذوب بسهولة في البنزين أو حمض الكبريتيك الساخن.

هناك جداول خاصة توضح مقدار مادة معينة ستبقى في السائل. يسمى هذا المؤشر قابلية الذوبان ، ويعتمد على درجة الحرارة. كلما زاد ارتفاعه ، زادت فعالية حركة ذرات أو جزيئات المذيب ، وزادت الشوائب التي يمكن امتصاصها.

خيارات لتحديد نسبة المذاب في المحلول

نظرًا لأن مهام الكيميائيين والتقنيين ، وكذلك المهندسين والفيزيائيين ، يمكن أن تكون مختلفة ، يتم تحديد جزء المادة المذابة في الماء بطرق مختلفة. يتم حساب الكسر الحجمي على أنه حجم الشوائب بالنسبة للحجم الكلي للمحلول. يتم استخدام معلمة مختلفة ، لكن المبدأ يظل كما هو.

يحتفظ جزء الحجم بانعدام الأبعاد ، ويتم التعبير عنه إما في أجزاء من الوحدة أو كنسبة مئوية. المولارية (وتسمى أيضًا "تركيز الحجم المولي") هي عدد مولات المذاب في حجم معين من المحلول. يتضمن هذا التعريف بالفعل معلمتين مختلفتين لنظام واحد ، وأبعاد هذه الكمية مختلفة. يتم التعبير عنها بالمولات لكل لتر. فقط في حالة ما ، نتذكر أن الخلد هو كمية مادة تحتوي على حوالي عشرة إلى الدرجة الثالثة والعشرين من الجزيئات أو الذرات.

مفهوم الكسر الكتلي لعنصر

هذه القيمة مرتبطة بشكل غير مباشر بالحلول فقط. يختلف جزء الكتلة لعنصر ما عن المفهوم الذي تمت مناقشته أعلاه. يتكون أي مركب كيميائي معقد من عنصرين أو أكثر. لكل منها وزنه النسبي. يمكن العثور على هذه القيمة في نظام مندليف الكيميائي. هناك يشار إليها بأرقام غير صحيحة ، ولكن بالنسبة للمهام التقريبية ، يمكن تقريب القيمة. يتضمن تكوين مادة معقدة عددًا معينًا من الذرات من كل نوع. على سبيل المثال ، في الماء (H 2 O) توجد ذرتان من الهيدروجين وأكسجين. ستكون النسبة بين الكتلة النسبية للمادة بأكملها والعنصر المعطى بالنسبة المئوية هي الكسر الكتلي للعنصر.

بالنسبة للقارئ عديم الخبرة ، قد يبدو هذان المفهومان قريبين. وغالبًا ما يتم الخلط بينهم وبين بعضهم البعض. لا يشير الجزء الكتلي من الناتج إلى الحلول ، بل إلى ردود الفعل. أي عملية كيميائية تشرع دائمًا في استلام منتجات معينة. يتم حساب محصولها بواسطة الصيغ اعتمادًا على المواد المتفاعلة وظروف العملية. على عكس الكسر الكتلي ، ليس من السهل تحديد هذه القيمة. تشير الحسابات النظرية إلى أقصى قدر ممكن من مادة منتج التفاعل. ومع ذلك ، فإن الممارسة تؤدي دائمًا إلى قيمة أقل قليلاً. تكمن أسباب هذا التناقض في توزيع الطاقات حتى بين الجزيئات شديدة الحرارة.

وهكذا ، ستكون هناك دائمًا الجزيئات "الأكثر برودة" التي لا يمكنها الدخول في تفاعل وتبقى في حالتها الأصلية. المعنى المادي لجزء الكتلة من المحصول هو النسبة المئوية للمادة التي تم الحصول عليها بالفعل من المادة المحسوبة نظريًا. الصيغة بسيطة بشكل لا يصدق. يتم تقسيم كتلة المنتج الذي تم الحصول عليه عمليًا على كتلة المنتج المحسوب عمليًا ، ويتم ضرب التعبير بالكامل بنسبة مائة بالمائة. يتم تحديد جزء الكتلة من الناتج بعدد مولات المادة المتفاعلة. لا تنسى ذلك. الحقيقة هي أن الخلد الواحد من مادة ما هو عدد معين من ذراتها أو جزيئاتها. وفقًا لقانون حفظ المادة ، لا يمكن لعشرين جزيءًا من الماء أن تصنع ثلاثين جزيءًا من حمض الكبريتيك ، لذلك تُحسب المشكلات بهذه الطريقة. من عدد مولات المكون الأولي ، يتم اشتقاق الكتلة ، وهو أمر ممكن نظريًا للنتيجة. بعد ذلك ، بمعرفة مقدار ناتج التفاعل الذي تم الحصول عليه بالفعل ، يتم تحديد الجزء الكتلي من الناتج باستخدام الصيغة الموضحة أعلاه.

جزء الشامل- نسبة كتلة المذاب إلى كتلة المحلول. يقاس الكسر الكتلي بأجزاء من الوحدة.

م 1 - كتلة المادة المذابة ، ز ؛

م هي الكتلة الكلية للمحلول ز.

النسبة المئوية الكتلية للمكون ، م٪

م٪ = (م أنا / Σ م أنا) * 100

في الحلول الثنائية ، غالبًا ما توجد علاقة (وظيفية) لا لبس فيها بين كثافة المحلول وتركيزه (عند درجة حرارة معينة). هذا يجعل من الممكن تحديد تركيز الحلول المهمة عمليًا باستخدام مقياس الكثافة (مقياس الكحول ، مقياس السكر ، مقياس اللب). لا تُدرج بعض أجهزة قياس كثافة السوائل في قيم الكثافة ، ولكن مباشرة في تركيز المحلول (الكحول ، الدهون في الحليب ، السكر). يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه بالنسبة لبعض المواد يكون لمنحنى كثافة المحلول الحد الأقصى ، في هذه الحالة يتم إجراء قياسين: مباشر ، مع تخفيف طفيف للمحلول.

في كثير من الأحيان ، للتعبير عن التركيز (على سبيل المثال ، حمض الكبريتيك في إلكتروليت البطاريات) ، يستخدمون ببساطة كثافتهم. أجهزة قياس كثافة السوائل (مقاييس الكثافة ، مقاييس الكثافة) شائعة ، وهي مصممة لتحديد تركيز محاليل المواد.

حجم الكسر

حجم الكسرهي نسبة حجم المذاب إلى حجم المحلول. يتم قياس الكسر الحجمي بأجزاء من وحدة أو كنسبة مئوية.

V 1 - حجم المادة المذابة ، ل ؛

V هو الحجم الكلي للحل ، ل.

كما ذكر أعلاه ، هناك أجهزة قياس كثافة السوائل مصممة لتحديد تركيز محاليل بعض المواد. لا يتم تصنيف هذه المكثفات من حيث الكثافة ، ولكن مباشرة في تركيز المحلول. بالنسبة للمحاليل الشائعة للكحول الإيثيلي ، والتي يتم التعبير عن تركيزها عادةً كنسبة مئوية من حيث الحجم ، تسمى أجهزة قياس كثافة السوائل هذه أجهزة قياس الكحول أو أجهزة القياس.

المولارية (تركيز الحجم المولي)

التركيز المولي - كمية المذاب (عدد المولات) لكل وحدة حجم للمحلول. يُقاس التركيز المولي في النظام الدولي للوحدات (SI) بوحدة المول / م 3 ، ولكن من الناحية العملية يتم التعبير عنه غالبًا في مول / لتر أو مليمول / لتر. التعبير في "المولارية" شائع أيضًا. التعيين المحتمل الآخر للتركيز المولي ج م، والذي يشار إليه عادة بـ M. لذلك ، يسمى المحلول بتركيز 0.5 مول / لتر 0.5 مولار. ملحوظة: لا يتم رفض وحدة "مول" حسب الحالات. بعد الرقم ، يكتبون "مول" ، تمامًا كما يكتبون بعد الرقم "سم" ، "كجم" ، إلخ.

V هو الحجم الكلي للحل ، ل.

التركيز الطبيعي (تركيز المكافئ المولي)

تركيز طبيعي- عدد معادلات مادة معينة في لتر واحد من المحلول. يتم التعبير عن التركيز الطبيعي في mol-eq / l أو g-eq / l (يعني مكافئات الخلد). لتسجيل تركيز هذه الحلول ، الاختصارات " ن" أو " ن". على سبيل المثال ، يسمى المحلول الذي يحتوي على 0.1 مول مكافئ / لتر Decinormal ويتم كتابته على هيئة 0.1 ن.

ν - كمية المادة المذابة ، مول ؛

V هو الحجم الكلي للحل ، ل ؛

z هو رقم التكافؤ.

قد يختلف التركيز الطبيعي اعتمادًا على التفاعل الذي تشارك فيه المادة. على سبيل المثال ، سيكون محلول مولاري واحد من H 2 SO 4 طبيعيًا إذا كان من المفترض أن يتفاعل مع قلوي لتكوين KHSO 4 hydrosulfate ، واثنان طبيعي إذا كان يتفاعل لتشكيل K 2 SO 4.

يتضمن تكوين الهواء عدة غازات مختلفة: الأكسجين والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون والغازات النبيلة وبخار الماء وبعض المواد الأخرى. محتوى كل من هذه الغازات في الهواء النظيف محدد بدقة.

من أجل التعبير عن تكوين خليط الغازات بالأرقام ، أي من الناحية الكمية ، يتم استخدام قيمة خاصة تسمى حجم الغازات في الخليط.

يُشار إلى حجم الغاز في الخليط بالحرف اليوناني - "phi".

الجزء الحجمي للغاز في الخليط هو نسبة حجم غاز معين إلى الحجم الكلي للخليط:

ماذا يُظهر حجم الغاز في الخليط ، أو كما يقولون ، ما المعنى المادي لهذه الكمية؟ يوضح جزء الحجم من الغاز الجزء الذي يشغله غاز معين من الحجم الإجمالي للخليط.

إذا تمكنا من فصل 100 لتر من الهواء إلى مكونات غازية منفصلة ، فسنحصل على حوالي 78 لترًا من النيتروجين ، و 21 لترًا من الأكسجين ، و 30 مل من ثاني أكسيد الكربون ، وسيحتوي الحجم المتبقي على ما يسمى بالغازات النبيلة (بشكل أساسي الأرجون) والبعض الآخر (الشكل 62).

دعنا نحسب الكسور الحجمية لهذه الغازات في الهواء:

من السهل ملاحظة أن مجموع الكسور الحجمية لجميع الغازات في الخليط يساوي دائمًا 1 ، أو 100٪:

(نيتروجين) + (حمض) + (غاز الكربون) + (غازات أخرى) = 78٪ + 21٪ + 0.03٪ + 0.97٪ = 100٪.

الهواء الذي نزفره يكون أكثر فقرًا في الأكسجين (ينخفض ​​حجمه إلى 16٪) ، لكن محتوى ثاني أكسيد الكربون يزداد إلى 4٪. هذا الهواء لم يعد مناسبًا للتنفس. هذا هو السبب في أنه يجب تهوية الغرفة التي يوجد بها العديد من الأشخاص بشكل منتظم.

في الكيمياء في الإنتاج ، غالبًا ما يتعين على المرء أن يتعامل مع المشكلة العكسية: لتحديد حجم الغاز في خليط من جزء حجم معروف.

مثال. احسب حجم الأكسجين الموجود في 500 لتر من الهواء.

من تعريف حجم الغاز في الخليط ، نعبر عن حجم الأكسجين:

الخامس(تعكر) = الخامس(هواء) (حامض).

استبدل الأرقام الموجودة في المعادلة واحسب حجم الأكسجين:

الخامس(حمض) = 500 (لتر) 0.21 = 105 لتر.

بالمناسبة ، بالنسبة للحسابات التقريبية ، يمكن أخذ جزء الحجم من الأكسجين في الهواء بما يعادل 0.2 أو 20٪.

عند حساب حجم الغازات في الخليط ، يمكنك استخدام حيلة صغيرة. مع العلم أن مجموع كسور الحجم هو 100٪ ، بالنسبة للغاز "الأخير" في الخليط ، يمكن حساب هذه القيمة بشكل مختلف.

مهمة.أظهر تحليل الغلاف الجوي لكوكب الزهرة أن 50 مل من "هواء" الزهرة تحتوي على 48.5 مل من ثاني أكسيد الكربون و 1.5 مل من النيتروجين. احسب حجم أجزاء الغازات في الغلاف الجوي للكوكب.

منح:

الخامس(خليط) = 50 مل ،

الخامس(غاز الكربون) = 48.5 مل ،

الخامس(نيتروجين) = 1.5 مل.

لايجاد:

(غاز الفحم)،

قرار

احسب حجم الكسر من ثاني أكسيد الكربون في الخليط. الدير:

دعونا نحسب الكسر الحجمي للنيتروجين في الخليط ، مع العلم أن مجموع الكسور الحجمية للغازات في الخليط هو 100٪:

(غاز الكربون) + (نيتروجين) = 100٪ ،

(نيتروجين) = 100٪ - (غاز الكربون) = 100٪ - 97٪ = 3٪.

إجابه.(غاز الكربون) = 97٪ ، (نيتروجين) = 3٪.

ما الكمية المستخدمة لقياس محتوى المكونات في مخاليط من نوع آخر ، على سبيل المثال ، في المحاليل؟ من الواضح أنه في هذه الحالة من غير المناسب استخدام جزء الحجم. تأتي قيمة جديدة للإنقاذ ، والتي ستتعلم عنها في الدرس التالي.

1. ما هو حجم الكسر لمكون في خليط الغازات؟

2. نسبة حجم الأرجون في الهواء هي 0.9٪. ما هو حجم الهواء المطلوب لإنتاج 5 لترات من الأرجون؟

3. عندما تم فصل الهواء ، تم الحصول على 224 لترًا من النيتروجين. ما أحجام الأكسجين وثاني أكسيد الكربون التي تم الحصول عليها في هذه الحالة؟

4. نسبة حجم الميثان في الغاز الطبيعي هي 92٪. ما هو حجم خليط الغاز هذا الذي يحتوي على 4.6 مل من الميثان؟

5. يخلط 6 لترات من الأكسجين و 2 لتر من ثاني أكسيد الكربون. أوجد الكسر الحجمي لكل غاز في الخليط الناتج.