Concentration- une valeur caractérisant la composition quantitative de la solution.

La concentration d'une substance dissoute (et non d'une solution) est le rapport entre la quantité d'une substance dissoute ou sa masse et le volume d'une solution (mol/l, g/l), c'est-à-dire un rapport de quantités hétérogènes. .

Les quantités qui sont le rapport de quantités similaires (le rapport de la masse d'une substance dissoute à la masse d'une solution, le rapport du volume d'une substance dissoute au volume d'une solution) sont correctement appelées actions. Cependant sur la pratique pour les deux types d'expression de composition, le terme est utilisé concentration et parlons de la concentration des solutions.

Il existe de nombreuses façons d’exprimer la concentration des solutions.

Fraction massique (également appelée concentration en pourcentage)

La fraction massique est le rapport entre la masse du soluté et la masse de la solution. La fraction massique est mesurée en fractions d'unité.

m 1 - masse de substance dissoute, g (kg);

m est la masse totale de la solution, g (kg).

Fraction massique de soluté w (B) est généralement exprimé en fraction d’unité ou en pourcentage. Par exemple, la fraction massique de la substance dissoute - CaCl 2 dans l'eau est de 0,06 ou 6 %. Cela signifie qu'une solution de chlorure de calcium pesant 100 g contient du chlorure de calcium pesant 6 g et de l'eau pesant 94 g.

Exemple : Combien de grammes de sulfate de sodium et d'eau faut-il pour préparer 300 g d'une solution à 5 % ?

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

où w (Na 2 SO 4)) est la fraction massique en %, m est la masse de la solution en g m (H 2 O) = 300 g - 15 g = 285 g.

Ainsi, pour préparer 300 g d'une solution de sulfate de sodium à 5 %, il faut prendre 15 g de Na 2 SO 4) et 285 g d'eau.

Pourcentage massique du composant, ω%

ω % =(m je /Σm je)*100

Fraction volumique

La fraction volumique est le rapport entre le volume d'une substance dissoute et le volume d'une solution. La fraction volumique est mesurée en fractions d'unité ou en pourcentage.

V 1 - volume de substance dissoute, l;

V - volume total de solution, l.

Il y a hydromètres, conçu pour déterminer la concentration de solutions de certaines substances. Ces hydromètres sont calibrés pas dans les valeurs de densité, mais directement dans les valeurs de concentration de la solution. Pour des solutions communes alcool éthylique, dont la concentration est généralement exprimée en pourcentage volumique, ces densimètres sont appelés alcoomètres.

Molarité (concentration volumique molaire)

La concentration molaire est la quantité de soluté (nombre de moles) par unité de volume de solution. Concentration molaire c est mesuré en mol/l (M) ou mmol/l (mM). L'expression en « molarité » est également courante. Ainsi, une solution ayant une concentration de 0,5 mol/l est dite 0,5 molaire.

ν - quantité de substance dissoute, mol ;

V - volume total de solution, l.

La concentration molaire est mesurée en mol/L et est désignée par « M ». Par exemple, NaOH 2 M est une solution bimolaire d’hydroxyde de sodium. Un litre d'une telle solution contient 2 moles de substance ou 80 g.

Exemple: Quelle est la masse du chromate de potassium K 2 CrO 4 Faut-il prendre 1,2 litre de solution 0,1 M pour préparer ?

Solution : 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.

Ainsi, pour préparer 1,2 litre de solution 0,1 M, il faut prendre 23,3 g de K 2 CrO 4 et le dissoudre dans l'eau, et porter le volume à 1,2 litre.

L'article traite d'un concept tel que la fraction massique. Des méthodes de calcul sont données. Des définitions de quantités dont le son est similaire mais dont la signification physique est différente sont également décrites. Ce sont les fractions massiques de l’élément et du rendement.

Berceau de la vie - solution

L'eau est la source de la vie sur notre belle planète bleue. Cette expression se retrouve assez souvent. Cependant, peu de gens, à l'exception des spécialistes, réfléchissent : en fait, le substrat pour le développement du premier systèmes biologiques est devenu une solution de substances et non de l'eau chimiquement pure. Le lecteur a sûrement rencontré l’expression « bouillon primordial » dans la littérature ou les programmes populaires.

À propos des sources qui ont donné une impulsion au développement de la vie sous forme de complexes molécules organiques, se disputent encore. Certains suggèrent même non seulement une coïncidence naturelle et très heureuse, mais une intervention cosmique. De plus nous parlons de pas du tout sur les extraterrestres mythiques, mais sur les conditions spécifiques de création de ces molécules, qui ne peuvent exister qu'à la surface de petits corps cosmiques dépourvus d'atmosphère - les comètes et les astéroïdes. Ainsi, il serait plus juste de dire qu'une solution de molécules organiques est le berceau de tous les êtres vivants.

L'eau en tant que substance chimiquement pure

Malgré les immenses océans et mers salés, les lacs et rivières frais, l'eau se trouve extrêmement rarement sous sa forme chimiquement pure, principalement dans des laboratoires spéciaux. Rappelons que dans la tradition scientifique nationale chimiquement substance pure- il s'agit d'une substance qui ne contient pas plus de dix puissance moins sixième de la fraction massique d'impuretés.

L'obtention d'une masse totalement exempte de composants étrangers nécessite des coûts incroyables et se justifie rarement. Il n'est utilisé que dans certaines industries, où même un atome étranger peut ruiner l'expérience. A noter que les éléments semi-conducteurs, qui constituent la base de la technologie miniature actuelle (y compris les smartphones et les tablettes), sont très sensibles aux impuretés. Lors de leur création, des solvants totalement non contaminés sont nécessaires. Cependant, comparé à l’ensemble du liquide de la planète, cela est négligeable. Comment se fait-il que l’eau répandue qui imprègne notre planète soit si rarement trouvée sous sa forme pure ? Nous vous expliquerons un peu ci-dessous.

Solvant idéal

La réponse à la question posée dans la section précédente est incroyablement simple. L'eau a des molécules polaires. Cela signifie que dans chaque plus petite particule de ce liquide, les pôles positif et négatif ne sont pas très éloignés, mais séparés. Dans ce cas, les structures qui apparaissent même dans l'eau liquide créent des liaisons supplémentaires (appelées hydrogène). Et au total cela donne le résultat suivant. Une substance entrant dans l’eau (quelle que soit sa charge) est séparée par les molécules du liquide. Chaque particule d'une impureté dissoute est enveloppée soit de négatif, soit de aspects positifs molécules d'eau. Ainsi, ce liquide unique est capable de dissoudre très un grand nombre de une grande variété de substances.

Le concept de fraction massique en solution

La solution résultante contient une partie de l’impureté, appelée « fraction massique ». Même si cette expression n’apparaît pas souvent. Un autre terme couramment utilisé est « concentration ». Fraction massique déterminé par un rapport spécifique. Nous ne donnerons pas l’expression de la formule, c’est assez simple, expliquons-la mieux signification physique. C'est le rapport de deux masses - impureté à solution. La fraction massique est une quantité sans dimension. Exprimé différemment selon les tâches spécifiques. C'est-à-dire en fractions d'unité, si la formule ne contient qu'un rapport massique, et en pourcentages - si le résultat est multiplié par 100 %.

Solubilité

En plus de H 2 O, d'autres solvants sont également utilisés. De plus, il existe des substances qui, fondamentalement, ne cèdent pas leurs molécules à l'eau. Mais ils se dissolvent facilement dans l'essence ou l'acide sulfurique chaud.

Il existe des tableaux spéciaux qui montrent la quantité d'un matériau particulier qui restera dans le liquide. Cet indicateur est appelé solubilité et dépend de la température. Plus il est élevé, plus les atomes ou molécules du solvant se déplacent activement et plus il est capable d'absorber d'impuretés.

Options pour déterminer la proportion de soluté dans une solution

Étant donné que les tâches des chimistes et des technologues, ainsi que des ingénieurs et des physiciens, peuvent être différentes, la part de la substance dissoute dans l'eau est déterminée différemment. La fraction volumique est calculée comme le volume de l'impureté par rapport au volume total de la solution. Un paramètre différent est utilisé, mais le principe reste le même.

La fraction volumique reste sans dimension, exprimée soit en fractions d'unité, soit en pourcentage. La molarité (également appelée « concentration volumique molaire ») est le nombre de moles d'un soluté dans un volume donné de solution. Cette définition implique déjà deux divers paramètre un système, et la dimension de cette quantité est différente. Elle est exprimée en moles par litre. Au cas où, rappelons qu'une taupe est la quantité d'une substance contenant environ dix à la puissance vingt-troisième de molécules ou d'atomes.

Le concept de fraction massique d'un élément

Cette valeur n'est qu'indirectement liée aux solutions. La fraction massique d'un élément diffère du concept évoqué ci-dessus. Tout complexe composé chimique se compose de deux éléments ou plus. Chacun a sa propre masse relative. Cette valeur se retrouve dans système chimique Mendeleïev. Là, il est indiqué en nombres non entiers, mais pour des problèmes approximatifs, la valeur peut être arrondie. Partie substance complexe contient un certain nombre d'atomes de chaque type. Par exemple, dans l'eau (H 2 O), il y a deux atomes d'hydrogène et un d'oxygène. Le rapport entre la masse relative de la substance entière et un élément donné en pourcentage sera la fraction massique de l'élément.

Pour le lecteur inexpérimenté, ces deux concepts peuvent paraître proches. Et bien souvent, ils sont confondus. La fraction massique du rendement ne se réfère pas aux solutions, mais aux réactions. Tout processus chimique se produit toujours avec la production de produits spécifiques. Leur rendement est calculé à l'aide de formules dépendant des réactifs et des conditions du procédé. Contrairement à la simple fraction massique, cette valeur n’est pas si facile à déterminer. Les calculs théoriques suggèrent la quantité maximale possible de substance dans le produit de réaction. Cependant, la pratique donne toujours une valeur légèrement inférieure. Les raisons de cet écart résident dans la répartition des énergies entre molécules, même très chauffées.

Ainsi, il y aura toujours les particules les plus « froides » qui ne pourront pas réagir et resteront dans leur état originel. La signification physique de la fraction massique du rendement est le pourcentage de la substance réellement obtenue par rapport à celui calculé théoriquement. La formule est incroyablement simple. La masse du produit pratiquement obtenu est divisée par la masse du produit pratiquement calculé et l'expression entière est multipliée par cent pour cent. La fraction massique du rendement est déterminée par le nombre de moles du réactif. N'oubliez pas cela. Le fait est qu'une mole d'une substance représente un certain nombre de ses atomes ou molécules. Selon la loi de conservation de la matière, vingt molécules d’eau ne peuvent pas produire trente molécules d’acide sulfurique, les problèmes sont donc calculés de cette façon. À partir du nombre de moles du composant initial, on dérive la masse théoriquement possible pour le résultat. Ensuite, sachant quelle quantité de produit de réaction a été réellement produite, la fraction massique du rendement est déterminée à l'aide de la formule décrite ci-dessus.

Fraction massique- le rapport entre la masse du soluté et la masse de la solution. La fraction massique est mesurée en fractions d'unité.

m 1 - masse de substance dissoute, g;

m est la masse totale de la solution, g.

Pourcentage massique du composant, m%

m % =(m je /Σm je)*100

Dans les solutions binaires, il existe souvent une relation (fonctionnelle) sans ambiguïté entre la densité de la solution et sa concentration (à une température donnée). Ceci permet de déterminer en pratique les concentrations de solutions importantes à l'aide d'un densimètre (alcoomètre, saccharimètre, lactomètre). Certains densimètres sont calibrés non pas en valeurs de densité, mais directement en concentration de la solution (alcool, graisse du lait, sucre). Il faut tenir compte du fait que pour certaines substances la courbe de densité de la solution présente un maximum, dans ce cas, 2 mesures sont effectuées : directe, et avec une légère dilution de la solution.

Souvent, pour exprimer la concentration (par exemple, l'acide sulfurique dans l'électrolyte de la batterie), ils utilisent simplement leur densité. Les densimètres (densimètres, densitomètres) conçus pour déterminer la concentration de solutions de substances sont courants.

Fraction volumique

Fraction volumique- le rapport du volume de la substance dissoute au volume de la solution. Fraction volumique mesuré en fractions d’unité ou en pourcentage.

V 1 - volume de substance dissoute, l;

V - volume total de solution, l.

Comme mentionné ci-dessus, il existe des densimètres conçus pour déterminer la concentration de solutions de certaines substances. De tels hydromètres ne sont pas calibrés en valeurs de densité, mais directement en concentration de la solution. Pour les solutions courantes d'alcool éthylique, dont la concentration est généralement exprimée en pourcentage volumique, ces densimètres sont appelés alcoomètres ou andromètres.

Molarité (concentration volumique molaire)

La concentration molaire est la quantité de soluté (nombre de moles) par unité de volume de solution. La concentration molaire dans le système SI se mesure en mol/m³, mais en pratique elle est beaucoup plus souvent exprimée en mol/l ou mmol/l. L'expression en « molarité » est également courante. Une autre désignation pour la concentration molaire est possible C M, qui est généralement noté M. Ainsi, une solution avec une concentration de 0,5 mol/l est appelée 0,5-molaire. Remarque : l'unité « taupe » n'est pas fléchie pour les cas. Après le nombre, ils écrivent « taupe », tout comme après le nombre, ils écrivent « cm », « kg », etc.

V - volume total de solution, l.

Concentration normale (équivalent de concentration molaire)

Concentration normale- le nombre d'équivalents d'une substance donnée dans 1 litre de solution. La concentration normale est exprimée en mol-eq/l ou g-eq/l (c'est-à-dire en équivalents molaires). Pour enregistrer la concentration de telles solutions, les abréviations « n" ou " N" Par exemple, une solution contenant 0,1 équivalent molaire/l est appelée décinormale et s’écrit sous la forme 0,1 n.

ν - quantité de substance dissoute, mol ;

V - volume total de solution, l ;

z est le numéro d'équivalence.

La concentration normale peut varier en fonction de la réaction dans laquelle la substance est impliquée. Par exemple, une solution unolaire de H 2 SO 4 sera une normale si elle est destinée à réagir avec un alcali pour former du sulfate d'hydrogène KHSO 4, et deux normales si elle est destinée à réagir avec la formation de K 2 DONC 4.

L'air contient plusieurs gaz différents : l'oxygène, l'azote, le dioxyde de carbone, les gaz rares, la vapeur d'eau et quelques autres substances. La teneur de chacun de ces gaz dans l'air pur strictement définitivement.

Afin d'exprimer la composition d'un mélange de gaz en nombres, c'est-à-dire quantitativement, une valeur spéciale est utilisée, appelée fraction volumique de gaz dans le mélange.

La fraction volumique de gaz dans un mélange est désignée par la lettre grecque « phi ».

La fraction volumique d'un gaz dans un mélange est le rapport entre le volume d'un gaz donné et le volume total du mélange :

Que montre la fraction volumique de gaz dans le mélange ou, comme on dit, quelle est la signification physique de cette quantité ? La fraction volumique d’un gaz indique la part du volume total du mélange qu’occupe un gaz donné.

Si nous pouvions séparer 100 litres d'air en composants gazeux individuels, nous obtiendrions environ 78 litres d'azote, 21 litres d'oxygène, 30 ml gaz carbonique, le volume restant contiendrait les gaz dits rares (principalement de l'argon) et quelques autres (Fig. 62).

Calculons les fractions volumiques de ces gaz dans l'air :

Il est facile de remarquer que la somme des fractions volumiques de tous les gaz d'un mélange est toujours égale à 1, soit 100 % :

(azote) + (acide) + (gaz carbonique) + (autres gaz) = 78 % + 21 % + 0,03 % + 0,97 % = 100 %.

L'air que nous expirons est beaucoup plus pauvre en oxygène (sa fraction volumique diminue à 16 %), mais la teneur en dioxyde de carbone augmente jusqu'à 4 %. Cet air n’est plus apte à la respiration. C'est pourquoi une pièce dans laquelle se trouvent de nombreuses personnes doit être régulièrement aérée.

En chimie industrielle, on rencontre souvent le problème inverse : déterminer le volume de gaz dans un mélange à partir d’une fraction volumique connue.

Exemple. Calculez le volume d'oxygène contenu dans 500 litres d'air.

A partir de la détermination de la fraction volumique de gaz dans le mélange, on exprime le volume d'oxygène :

V(aigre) = V(air) (acide).

Remplaçons des nombres dans l'équation et calculons le volume d'oxygène :

V(aigre) = 500 (l) 0,21 = 105 l.

À propos, pour des calculs approximatifs, la fraction volumique d'oxygène dans l'air peut être prise égale à 0,2, soit 20 %.

Lors du calcul des fractions volumiques de gaz dans un mélange, vous pouvez utiliser une petite astuce. Sachant que la somme des fractions volumiques est de 100%, pour le « dernier » gaz du mélange cette valeur peut être calculée différemment.

Tâche.Une analyse de l'atmosphère de Vénus a montré que 50 ml d'« air » vénusien contiennent 48,5 ml de dioxyde de carbone et 1,5 ml d'azote. Calculez les fractions volumiques des gaz dans l’atmosphère de la planète.

Donné:

V(mélanges) = 50 ml,

V(carbone gazeux) = 48,5 ml,

V(azote) = 1,5 ml.

Trouver:

(angle de gaz),

Solution

Calculons la fraction volumique de dioxyde de carbone dans le mélange. Prieuré A :

Calculons la fraction volumique d'azote dans le mélange, sachant que la somme des fractions volumiques des gaz dans le mélange est de 100 % :

(gaz carbonique) + (azote) = 100%,

(azote) = 100 % – (gaz carbonique) = 100 % – 97 % = 3 %.

Répondre.(gaz carbonique) = 97%, (azote) = 3%.

Quelle quantité est utilisée pour mesurer la teneur en composants dans des mélanges d'autres types, par exemple dans des solutions ? Il est clair que dans ce cas, il n'est pas pratique d'utiliser la fraction volumique. Une nouvelle quantité vient à la rescousse, que vous découvrirez dans la prochaine leçon.

1. Quelle est la fraction volumique d’un composant dans un mélange gazeux ?

2. La fraction volumique d'argon dans l'air est de 0,9 %. Quel volume d’air faut-il pour produire 5 litres d’argon ?

3. En séparant l'air, on a obtenu 224 litres d'azote. Quels volumes d’oxygène et de dioxyde de carbone ont été obtenus dans ce cas ?

4. La fraction volumique de méthane dans le gaz naturel est de 92 %. Quel volume de ce mélange gazeux contiendra 4,6 ml de méthane ?

5. Mélange 6 litres d'oxygène et 2 litres de dioxyde de carbone. Trouvez la fraction volumique de chaque gaz dans le mélange résultant.