Концентрация- стойност, характеризираща количествения състав на разтвора.

Концентрацията на разтворено вещество (не разтвор) е съотношението на количеството разтворено вещество или неговата маса към обема на разтвора (mol/l, g/l), т.е. съотношението на разнородни количества .

Тези количества, които са съотношението на подобни количества (съотношението на масата на разтвореното вещество към масата на разтвора, съотношението на обема на разтвореното вещество към обема на разтвора), се наричат ​​правилно акции. въпреки това на практикаи за двата вида изразяване на състава се използва терминът концентрацияи говорим за концентрацията на разтворите.

Има много начини за изразяване на концентрацията на разтворите.

Масова фракция (наричана още процентна концентрация)

Масовата част е съотношението на масата на разтвореното вещество към масата на разтвора. Масовата част се измерва във фракции от единица.

m 1 - масата на разтвореното вещество, g (kg);

m е общата маса на разтвора, g (kg).

Масова част на разтвореното вещество w (B) обикновено се изразява като част от единица или като процент. Например, масовата част на разтвореното вещество - CaCl 2 във вода е 0,06 или 6%. Това означава, че разтвор на калциев хлорид с тегло 100 g съдържа калциев хлорид с тегло 6 g и вода с тегло 94 g.

Пример: Колко грама натриев сулфат и вода са необходими за приготвяне на 300 g 5% разтвор?

Решение: m (Na 2 SO 4) = w (Na 2 SO 4) / 100 = (5 300) / 100 = 15 (g)

където w (Na 2 SO 4)) е масовата част в %, m е масата на разтвора в g m (H 2 O) = 300 g - 15 g = 285 g.

По този начин, за да приготвите 300 g 5% разтвор на натриев сулфат, трябва да вземете 15 g Na 2 SO 4) и 285 g вода.

Масов процент на компонента, ω%

ω % =(m i /Σm i)*100

Обемна фракция

Обемна фракция е отношението на обема на разтвореното вещество към обема на разтвора. Обемната част се измерва в части от единица или като процент.

V 1 - обем на разтвореното вещество, l;

V - общ обем на разтвора, l.

Има хидрометри, предназначени да определят концентрацията на разтвори на определени вещества. Такива хидрометри са калибрирани не в стойностите на плътността, но директно в стойностите на концентрацията на разтвора. За общи решения етилов алкохол,чиято концентрация обикновено се изразява като обемни проценти, такива хидрометри се наричат ​​алкохоломери.

Моларност (моларна обемна концентрация)

Моларната концентрация е количеството разтворено вещество (брой молове) на единица обем разтвор. Моларна концентрация c се измерва в mol/l (M) или mmol/l (mM). Изразът в "моларност" също е често срещан. Така разтвор с концентрация 0,5 mol/l се нарича 0,5 моларен.

ν - количество разтворено вещество, mol;

V - общ обем на разтвора, l.

Моларната концентрация се измерва в mol/L и се обозначава с "M". Например, 2 М NaOH е двумоларен разтвор на натриев хидроксид. Един литър от такъв разтвор съдържа 2 мола от веществото или 80 g.

Пример: Каква е масата на калиев хромат К 2 CrO 4 Трябва ли да вземете 1,2 литра 0,1 М разтвор за приготвяне?

Решение: M(K 2 CrO 4) = C(K 2 CrO 4) V M(K 2 CrO 4) = 0,1 mol/l 1,2 l 194 g/mol » 23,3 g.

По този начин, за да приготвите 1,2 литра 0,1 М разтвор, трябва да вземете 23,3 g K 2 CrO 4 и да го разтворите във вода и да доведете обема до 1,2 литра.

Статията разглежда такова понятие като масова част. Дадени са методи за изчисляването му. Описани са и дефиниции на величини, които са сходни по звук, но различни по физическо значение. Това са масовите фракции за елемента и добива.

Люлката на живота - решение

Водата е източникът на живот на нашата красива синя планета. Този израз може да се намери доста често. Въпреки това, малко хора, с изключение на специалистите, мислят: всъщност субстратът за развитието на първия биологични системистана разтвор на вещества, а не химически чиста вода. Със сигурност читателят е срещал израза „първичен бульон“ в популярната литература или телевизионни програми.

За източниците, които дадоха тласък на развитието на живота под формата на комплекс органични молекули, все още се карат. Някои дори предполагат не просто естествено и много щастливо стечение на обстоятелствата, а космическа намеса. освен това ние говорим заизобщо не за митичните извънземни, а за специфичните условия за създаването на тези молекули, които могат да съществуват само на повърхността на малки космически телалишени от атмосфера - комети и астероиди. Следователно би било по-правилно да се каже, че разтвор на органични молекули е люлката на всички живи същества.

Водата като химически чисто вещество

Въпреки огромните солени океани и морета, пресни езера и реки, водата се среща изключително рядко в химически чист вид, главно в специални лаборатории. Нека припомним, че в местната научна традиция химически чисто вещество- това е вещество, което съдържа не повече от десет на минус шеста степен от масовата част на примесите.

Получаването на маса, напълно лишена от чужди компоненти, изисква невероятни разходи и рядко се оправдава. Използва се само в определени отрасли, където дори един страничен атом може да провали експеримента. Имайте предвид, че полупроводниковите елементи, които формират основата на днешната миниатюрна технология (включително смартфони и таблети), са много чувствителни към примеси. При тяхното създаване са необходими напълно незамърсени разтворители. Въпреки това, в сравнение с цялата течност на планетата, това е незначително. Как така широко разпространената вода, която прониква в нашата планета, толкова рядко се среща в чиста форма? Ще обясним малко по-долу.

Идеален разтворител

Отговорът на въпроса, зададен в предишния раздел, е невероятно прост. Водата има полярни молекули. Това означава, че във всяка най-малка частица от тази течност положителните и отрицателните полюси не са много раздалечени, а разделени. В този случай структури, които възникват дори в течна вода, създават допълнителни (така наречените водородни) връзки. И общо това дава следния резултат. Вещество, влизащо във водата (без значение какъв заряд има), се разкъсва от молекулите на течността. Всяка частица от разтворен примес е обвита или в отрицателна, или в положителни страниводни молекули. Така тази уникална течност е способна да се разтваря много голям бройголямо разнообразие от вещества.

Концепцията за масовата част в разтвора

Полученият разтвор съдържа част от примеса, наречен "масова фракция". Въпреки че този израз не се появява често. Друг често използван термин е „концентрация“. Масова частопределя се от определено съотношение. Няма да даваме израза на формулата, той е доста прост, нека го обясним по-добре физически смисъл. Това е отношението на две маси - примес към разтвор. Масовата част е безразмерна величина. Изразява се по различен начин в зависимост от конкретните задачи. Тоест в части от едно, ако формулата съдържа само съотношение на масата, и в проценти, ако резултатът се умножи по 100%.

Разтворимост

В допълнение към H 2 O се използват и други разтворители. Освен това има вещества, които принципно не предават молекулите си на водата. Но те лесно се разтварят в бензин или гореща сярна киселина.

Има специални таблици, които показват колко от даден материал ще остане в течността. Този показател се нарича разтворимост и зависи от температурата. Колкото по-високо е, толкова по-активно се движат атомите или молекулите на разтворителя и толкова повече примеси той може да абсорбира.

Възможности за определяне на дела на разтвореното вещество в разтвор

Тъй като задачите на химиците и технолозите, както и на инженерите и физиците могат да бъдат различни, частта от разтвореното вещество във водата се определя по различен начин. Обемната фракция се изчислява като обема на примеса спрямо общия обем на разтвора. Използва се различен параметър, но принципът остава същият.

Обемната част остава безразмерна, изразена или като части от единица, или като процент. Моларността (наричана още „моларна обемна концентрация“) е броят молове разтворено вещество в даден обем разтвор. Това определение вече включва две различен параметъредна система, а размерът на това количество е различен. Изразява се в молове на литър. За всеки случай нека си припомним, че един мол е количеството вещество, съдържащо приблизително десет на двадесет и трета степен молекули или атоми.

Концепцията за масовата част на елемента

Тази стойност е само косвено свързана с решенията. Масовата част на даден елемент се различава от концепцията, обсъдена по-горе. Всякакъв комплекс химическо съединениесе състои от два или повече елемента. Всеки има своя собствена относителна маса. Тази стойност може да се намери в химическа системаМенделеев. Там се посочва в нецели числа, но за приблизителни задачи стойността може да се закръгли. Част сложно веществосъдържа определен брой атоми от всеки тип. Например във водата (H 2 O) има два водородни атома и един кислород. Съотношението между относителната маса на цялото вещество и даден елемент като процент ще бъде масовата част на елемента.

За неопитния читател тези две понятия може да изглеждат близки. И доста често те се бъркат помежду си. Масовата част на добива се отнася не за разтвори, а за реакции. Всякакви химичен процесвинаги продължава с производството на конкретни продукти. Техният добив се изчислява с помощта на формули в зависимост от реагентите и условията на процеса. За разлика от просто масовата част, тази стойност не е толкова лесна за определяне. Теоретичните изчисления предполагат максималното възможно количество вещество в реакционния продукт. Практиката обаче винаги дава малко по-малка стойност. Причините за това несъответствие се крият в разпределението на енергиите между дори силно нагрети молекули.

Така винаги ще има „най-студените“ частици, които няма да могат да реагират и ще останат в първоначалното си състояние. Физическият смисъл на масовата част на добива е колко процента е реално полученото вещество от теоретично изчисленото. Формулата е невероятно проста. Масата на практически получения продукт се разделя на масата на практически изчисления и целият израз се умножава по сто процента. Масовата част на добива се определя от броя молове на реагента. Не забравяйте за това. Факт е, че един мол вещество е определен брой от неговите атоми или молекули. Според закона за запазване на материята, двадесет молекули вода не могат да произведат тридесет молекули сярна киселина, така че проблемите се изчисляват по този начин. От броя на моловете на първоначалния компонент се извлича теоретично възможната маса за резултата. След това, знаейки колко от реакционния продукт действително е произведен, масовата част на добива се определя с помощта на формулата, описана по-горе.

Масова част- отношението на масата на разтвореното вещество към масата на разтвора. Масовата част се измерва във фракции от единица.

m 1 - масата на разтвореното вещество, g;

m е общата маса на разтвора, g.

Масов процент на компонента, m%

m % =(m i /Σm i)*100

В бинарните разтвори често има недвусмислена (функционална) връзка между плътността на разтвора и неговата концентрация (при дадена температура). Това дава възможност да се определят на практика концентрациите на важни разтвори с помощта на денсиметър (алкохомер, захариметър, лактометър). Някои ареометри се калибрират не по стойности на плътността, а директно по концентрацията на разтвора (алкохол, мазнини в млякото, захар). Трябва да се има предвид, че за някои вещества кривата на плътността на разтвора има максимум; в този случай се извършват 2 измервания: директно и с леко разреждане на разтвора.

Често, за да изразят концентрацията (например сярна киселина в електролита на батерията), те просто използват тяхната плътност. Често срещани са хидрометри (дензиметри, денситометри), предназначени да определят концентрацията на разтвори на вещества.

Обемна фракция

Обемна фракция- отношението на обема на разтвореното вещество към обема на разтвора. Обемната част се измерва в части от единица или като процент.

V 1 - обем на разтвореното вещество, l;

V - общ обем на разтвора, l.

Както бе споменато по-горе, има хидрометри, предназначени да определят концентрацията на разтвори на определени вещества. Такива хидрометри се калибрират не в стойностите на плътността, а директно в концентрацията на разтвора. За обичайните разтвори на етилов алкохол, чиято концентрация обикновено се изразява като обемен процент, такива хидрометри се наричат ​​алкохоломери или андрометри.

Моларност (моларна обемна концентрация)

Моларната концентрация е количеството разтворено вещество (брой молове) на единица обем разтвор. Моларната концентрация в системата SI се измерва в mol/m³, но на практика много по-често се изразява в mol/l или mmol/l. Изразът в "моларност" също е често срещан. Възможно е друго обозначение за моларна концентрация ° С М, което обикновено се обозначава с М. Така разтвор с концентрация 0,5 mol/l се нарича 0,5-моларен. Забележка: мерната единица „мол” не се сменя за падежи. След числото пишат “мол”, така както след числото пишат “см”, “кг” и т.н.

V - общ обем на разтвора, l.

Нормална концентрация (еквивалент на моларна концентрация)

Нормална концентрация- броят на еквивалентите на дадено вещество в 1 литър разтвор. Нормалната концентрация се изразява в mol-eq/l или g-eq/l (което означава молеквиваленти). За да се запише концентрацията на такива разтвори, съкращенията „ н" или " н" Например, разтвор, съдържащ 0,1 mol-equiv/l, се нарича децинормален и се записва като 0,1 n.

ν - количество разтворено вещество, mol;

V - общ обем на разтвора, l;

z е числото на еквивалентност.

Нормалната концентрация може да варира в зависимост от реакцията, в която участва веществото. Например, едномоларен разтвор на H 2 SO 4 ще бъде еднонормален, ако е предназначен да реагира с алкали, за да образува хидрогенсулфат KHSO 4, и двунормален, ако е предназначен да реагира с образуването на K 2 SO 4.

Въздухът съдържа няколко различни газове: кислород, азот, въглероден диоксид, благородни газове, водна пара и някои други вещества. Съдържанието на всеки от тези газове в чист въздухстрого определено.

За да се изрази съставът на смес от газове в числа, т.е. количествено се използва специална стойност, която се нарича обемна фракция на газовете в сместа.

Обемната част на газа в сместа се означава с гръцка буква- "fi."

Обемната част на газ в смес е съотношението на обема на даден газ към общия обем на сместа:

Какво показва обемната част на газа в сместа или, както се казва, какъв е физическият смисъл на това количество? Обемната част на даден газ показва каква част от общия обем на сместа заема даден газ.

Ако можем да разделим 100 литра въздух на отделните му газообразни компоненти, ще получим около 78 литра азот, 21 литра кислород, 30 ml въглероден двуокис, оставащият обем ще съдържа така наречените благородни газове (главно аргон) и някои други (фиг. 62).

Нека изчислим обемните фракции на тези газове във въздуха:

Лесно е да се забележи, че сумата от обемните фракции на всички газове в сместа винаги е равна на 1 или 100%:

(азот) + (киселина) + (въглероден газ) + (други газове) = 78% + 21% + 0,03% + 0,97% = 100%.

Въздухът, който издишваме, е много по-беден на кислород (обемната му част намалява до 16%), но съдържанието на въглероден диоксид се увеличава до 4%. Този въздух вече не е подходящ за дишане. Ето защо стая, в която има много хора, трябва редовно да се проветрява.

В индустриалната химия човек често среща противоположния проблем: определяне на обема газ в смес от известна обемна фракция.

Пример. Изчислете обема на кислорода, съдържащ се в 500 литра въздух.

От определянето на обемната част на газа в сместа изразяваме обема на кислорода:

V(кисел) = V(въздух) (кисел).

Нека заместим числата в уравнението и изчислим обема на кислорода:

V(кисело) = 500 (l) 0,21 = 105 l.

Между другото, за приблизителни изчисления обемната част на кислорода във въздуха може да се приеме равна на 0,2 или 20%.

Когато изчислявате обемните фракции на газовете в смес, можете да използвате малък трик. Знаейки, че сумата от обемните фракции е 100%, за „последния“ газ в сместа тази стойност може да се изчисли по различен начин.

Задача.Анализът на атмосферата на Венера показа, че 50 ml венериански „въздух“ съдържа 48,5 ml въглероден диоксид и 1,5 ml азот. Изчислете обемните фракции на газовете в атмосферата на планетата.

дадени:

V(смеси) = 50 ml,

V(газ въглерод) = 48,5 ml,

V(азот) = 1,5 ml.

Намирам:

(газ ъгъл),

Решение

Нека изчислим обемната част на въглеродния диоксид в сместа. A-приори:

Нека изчислим обемната част на азота в сместа, като знаем, че сумата от обемните фракции на газовете в сместа е 100%:

(въглероден газ) + (азот) = 100%,

(азот) = 100% – (въглероден газ) = ​​100% – 97% = 3%.

Отговор.(въглероден газ) = ​​97%, (азот) = 3%.

Какво количество се използва за измерване на съдържанието на компоненти в смеси от други видове, например в разтвори? Ясно е, че в този случай е неудобно да се използва обемната фракция. На помощ идва нова величина, за която ще научите в следващия урок.

1. Каква е обемната част на компонент в газова смес?

2. Обемната част на аргон във въздуха е 0,9%. Какъв обем въздух е необходим за производството на 5 литра аргон?

3. Чрез отделяне на въздуха се получават 224 литра азот. Какви обеми кислород и въглероден диоксид са получени в този случай?

4. Обемната част на метана в природния газ е 92%. Какъв обем от тази газова смес ще съдържа 4,6 ml метан?

5. Смесват се 6 литра кислород и 2 литра въглероден диоксид. Намерете обемната част на всеки газ в получената смес.