Koncentracija- vrijednost koja karakterizira kvantitativni sastav otopine.

Koncentracija otopljene tvari (ne otopine) je omjer količine otopljene tvari ili njezine mase i volumena otopine (mol/l, g/l), odnosno omjer heterogenih veličina .

One veličine koje su omjer sličnih veličina (omjer mase otopljene tvari i mase otopine, omjer volumena otopljene tvari i volumena otopine) pravilno se nazivaju dionice. Međutim na praksi za obje vrste izraza sastava upotrebljava se termin koncentracija te govoriti o koncentraciji otopina.

Postoji mnogo načina za izražavanje koncentracije otopina.

Maseni udio (koji se naziva i postotna koncentracija)

Maseni udio je omjer mase otopljene tvari i mase otopine. Maseni udio se mjeri u dijelovima jedinice.

m 1 - masa otopljene tvari, g (kg);

m je ukupna masa otopine, g (kg).

Maseni udio otopljene tvari w (B) se obično izražava kao razlomak jedinice ili kao postotak. Na primjer, maseni udio otopljene tvari - CaCl 2 u vodi je 0,06 ili 6%. To znači da otopina kalcijeva klorida mase 100 g sadrži kalcijev klorid mase 6 g i vodu mase 94 g.

Primjer: Koliko je grama natrijevog sulfata i vode potrebno za pripremu 300 g 5% otopine?

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

gdje je w (Na 2 SO 4)) maseni udio u %, m je masa otopine u g m (H 2 O) = 300 g - 15 g = 285 g.

Dakle, za pripremu 300 g 5% otopine natrijevog sulfata potrebno je uzeti 15 g Na 2 SO 4) i 285 g vode.

Maseni postotak komponente, ω%

ω % =(m i /Σm i)*100

Volumni udio

Volumni udio je omjer volumena otopljene tvari i volumena otopine. Volumni udio se mjeri u dijelovima jedinice ili kao postotak.

V 1 - volumen otopljene tvari, l;

V - ukupni volumen otopine, l.

Tamo su hidrometri, dizajniran za određivanje koncentracije otopina određenih tvari. Takvi areometri su baždareni ne u vrijednostima gustoće, ali izravno u vrijednosti koncentracije otopine. Za zajednička rješenja etil alkohol,čija se koncentracija obično izražava kao volumni postotak, takvi areometri se nazivaju alkoholometri.

Molarnost (molarna koncentracija volumena)

Molarna koncentracija je količina otopljene tvari (broj molova) po jedinici volumena otopine. Molarna koncentracija c se mjeri u mol/l (M) ili mmol/l (mM). Izraz u "molarnosti" također je uobičajen. Tako se otopina koncentracije 0,5 mol/l naziva 0,5 molarna.

ν - količina otopljene tvari, mol;

V - ukupni volumen otopine, l.

Molarna koncentracija se mjeri u mol/L i označava se s "M". Na primjer, 2 M NaOH je dvomolarna otopina natrijevog hidroksida. Jedna litra takve otopine sadrži 2 mola tvari ili 80 g.

Primjer: Kolika je masa kalijevog kromata K 2 CrO 4 Trebate li uzeti 1,2 litre 0,1 M otopine za pripremu?

Rješenje: 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.

Dakle, za pripremu 1,2 litre 0,1 M otopine potrebno je uzeti 23,3 g K 2 CrO 4 i otopiti ga u vodi, te dovesti volumen do 1,2 litre.

U članku se govori o takvom konceptu kao što je maseni udio. Date su metode za njegovo izračunavanje. Također su opisane definicije veličina koje su slične po zvuku, ali različite po fizičkom značenju. Ovo su maseni udjeli za element i prinos.

Kolijevka života - rješenje

Voda je izvor života na našem prekrasnom plavom planetu. Ovaj izraz se može naći prilično često. Međutim, malo ljudi, osim stručnjaka, misli: zapravo, supstrat za razvoj prvog biološki sustavi postala otopina tvari, a ne kemijski čista voda. Zasigurno je čitatelj u popularnoj literaturi ili programima naišao na izraz "iskonska juha".

O izvorima koji su dali poticaj razvoju života u obliku složenih organske molekule, i dalje se svađaju. Neki čak predlažu ne samo prirodnu i vrlo sretnu slučajnost, već kozmičku intervenciju. Štoviše govorimo o uopće ne o mitskim izvanzemaljcima, nego o specifičnim uvjetima za nastanak tih molekula, koje mogu postojati samo na površini malih kozmičkih tijela bez atmosfere - kometa i asteroida. Stoga bi bilo ispravnije reći da je otopina organskih molekula kolijevka svega živog.

Voda kao kemijski čista tvar

Unatoč ogromnim slanim oceanima i morima, slatkim jezerima i rijekama, voda se vrlo rijetko nalazi u svom kemijski čistom obliku, uglavnom u posebnim laboratorijima. Podsjetimo, u domaćoj znanstvenoj tradiciji kemijski čista tvar- ovo je tvar koja ne sadrži više od deset na minus šestu potenciju masenog udjela nečistoća.

Dobivanje mase potpuno bez stranih komponenti zahtijeva nevjerojatne troškove i rijetko se opravdava. Koristi se samo u određenim industrijama, gdje čak i jedan dodatni atom može pokvariti eksperiment. Imajte na umu da su poluvodički elementi, koji čine osnovu današnje minijaturne tehnologije (uključujući pametne telefone i tablete), vrlo osjetljivi na nečistoće. Za njihovu izradu potrebna su potpuno nekontaminirana otapala. Međutim, u usporedbi s cjelokupnom tekućinom planeta, to je zanemarivo. Kako to da se rasprostranjena voda koja prožima naš planet tako rijetko nalazi u svom čistom obliku? U nastavku ćemo malo objasniti.

Idealno otapalo

Odgovor na pitanje postavljeno u prethodnom odjeljku je nevjerojatno jednostavan. Voda ima polarne molekule. To znači da u svakoj najmanjoj čestici te tekućine pozitivni i negativni pol nisu mnogo razmaknuti, već razdvojeni. U tom slučaju strukture koje nastaju čak iu tekućoj vodi stvaraju dodatne (tzv. vodikove) veze. I ukupno to daje sljedeći rezultat. Tvar koja ulazi u vodu (bez obzira na naboj) razvlače je molekule tekućine. Svaka čestica otopljene nečistoće obavijena je ili negativnom ili pozitivni aspekti molekule vode. Dakle, ova jedinstvena tekućina može se vrlo otopiti veliki brojširok izbor tvari.

Pojam masenog udjela u otopini

Dobivena otopina sadrži dio nečistoće, koji se naziva "maseni udio". Iako se ovaj izraz ne pojavljuje često. Drugi izraz koji se često koristi je "koncentracija". Maseni udio određena određenim omjerom. Nećemo dati izraz formule, prilično je jednostavan, objasnimo to bolje fizičko značenje. Ovo je omjer dviju masa - nečistoće i otopine. Maseni udio je bezdimenzijska veličina. Izraženo različito ovisno o specifičnim zadacima. To jest, u dijelovima jedinice, ako formula sadrži samo omjer mase, iu postocima - ako se rezultat pomnoži sa 100%.

Topljivost

Osim H 2 O koriste se i druga otapala. Osim toga, postoje tvari koje u osnovi ne predaju svoje molekule vodi. Ali lako se otapaju u benzinu ili vrućoj sumpornoj kiselini.

Postoje posebne tablice koje pokazuju koliko će određenog materijala ostati u tekućini. Taj se pokazatelj naziva topljivost, a ovisi o temperaturi. Što je viši, to se aktivnije kreću atomi ili molekule otapala i može apsorbirati više nečistoća.

Mogućnosti određivanja udjela otopljene tvari u otopini

Budući da zadaci kemičara i tehnologa, kao i inženjera i fizičara mogu biti različiti, udio otopljene tvari u vodi se određuje različito. Volumni udio se izračunava kao volumen nečistoće prema ukupnom volumenu otopine. Koristi se drugačiji parametar, ali princip ostaje isti.

Volumni udio ostaje bez dimenzija, izražen ili kao udjeli jedinice ili kao postoci. Molarnost (također nazvana "molarna koncentracija volumena") je broj molova otopljene tvari u danom volumenu otopine. Ova definicija već uključuje dva razni parametri jedan sustav, a dimenzija ove veličine je različita. Izražava se u molovima po litri. Za svaki slučaj, podsjetimo da je mol količina tvari koja sadrži otprilike deset na dvadeset treći potenciju molekula ili atoma.

Pojam masenog udjela elementa

Ova je vrijednost samo neizravno povezana s rješenjima. Maseni udio elementa razlikuje se od gore razmotrenog koncepta. Svaki kompleks kemijski spoj sastoji se od dva ili više elemenata. Svaki ima svoju relativnu masu. Ova se vrijednost može pronaći u kemijski sustav Mendeljejev. Tamo je naznačeno necijelim brojevima, ali za približne probleme vrijednost se može zaokružiti. Dio složena tvar sadrži određeni broj atoma svake vrste. Na primjer, u vodi (H 2 O) postoje dva atoma vodika i jedan atom kisika. Omjer između relativne mase cijele tvari i određenog elementa kao postotak bit će maseni udio elementa.

Neiskusnom čitatelju ova se dva pojma mogu činiti bliskima. I vrlo često su zbunjeni jedni s drugima. Maseni udio prinosa ne odnosi se na otopine, već na reakcije. Bilo koji kemijski proces uvijek se događa s proizvodnjom određenih proizvoda. Njihov se prinos izračunava pomoću formula ovisno o reaktantima i uvjetima procesa. Za razliku od jednostavnog masenog udjela, ovu vrijednost nije tako lako odrediti. Teorijski izračuni sugeriraju najveću moguću količinu tvari u produktu reakcije. Međutim, praksa uvijek daje nešto manju vrijednost. Razlozi za ovu razliku leže u raspodjeli energija čak i među jako zagrijanim molekulama.

Dakle, uvijek će postojati “najhladnije” čestice koje neće moći reagirati i ostat će u izvornom stanju. Fizikalno značenje masenog udjela prinosa je koliki je postotak stvarno dobivene tvari od teoretski izračunatog. Formula je nevjerojatno jednostavna. Masa praktično dobivenog produkta podijeli se s masom praktično izračunatog, a cijeli izraz pomnoži sa sto posto. Maseni udio prinosa određen je brojem molova reaktanta. Ne zaboravi ovo. Činjenica je da je jedan mol tvari određeni broj njegovih atoma ili molekula. Prema zakonu održanja materije, dvadeset molekula vode ne može proizvesti trideset molekula sumporne kiseline, pa se problemi izračunavaju na ovaj način. Iz broja molova početne komponente izvodi se masa koja je teoretski moguća za rezultat. Zatim, znajući koliko je produkta reakcije stvarno proizvedeno, maseni udio prinosa određuje se pomoću gore opisane formule.

Maseni udio- omjer mase otopljene tvari i mase otopine. Maseni udio se mjeri u dijelovima jedinice.

m 1 - masa otopljene tvari, g;

m je ukupna masa otopine, g.

Maseni postotak komponente, m%

m % =(m i /Σm i)*100

U binarnim otopinama često postoji jednoznačan (funkcionalni) odnos između gustoće otopine i njezine koncentracije (na određenoj temperaturi). To omogućuje praktično određivanje koncentracija važnih otopina pomoću denzimetra (alkometar, saharimetar, laktometar). Neki hidrometri nisu kalibrirani u vrijednostima gustoće, već izravno u koncentraciji otopine (alkohol, mast u mlijeku, šećer). Treba uzeti u obzir da za neke tvari krivulja gustoće otopine ima maksimum; u ovom slučaju provode se 2 mjerenja: izravno i s blagim razrjeđivanjem otopine.

Često se za izražavanje koncentracije (na primjer, sumporne kiseline u elektrolitu akumulatora) jednostavno koristi njihova gustoća. Uobičajeni su hidrometri (denzimetri, denzitometri) dizajnirani za određivanje koncentracije otopina tvari.

Volumni udio

Volumni udio- omjer volumena otopljene tvari i volumena otopine. Volumni udio mjereno u dijelovima jedinice ili kao postotak.

V 1 - volumen otopljene tvari, l;

V - ukupni volumen otopine, l.

Kao što je gore spomenuto, postoje hidrometri dizajnirani za određivanje koncentracije otopina određenih tvari. Takvi hidrometri nisu kalibrirani u vrijednostima gustoće, već izravno u koncentraciji otopine. Za uobičajene otopine etilnog alkohola, čija se koncentracija obično izražava kao volumni postotak, takvi areometri se nazivaju alkoholometri ili andrometri.

Molarnost (molarna koncentracija volumena)

Molarna koncentracija je količina otopljene tvari (broj molova) po jedinici volumena otopine. Molarna koncentracija u SI sustavu mjeri se u mol/m³, no u praksi se mnogo češće izražava u mol/l ili mmol/l. Izraz u "molarnosti" također je uobičajen. Moguće je i drugo označavanje molarne koncentracije C M, koji se obično označava M. Tako se otopina koncentracije 0,5 mol/l naziva 0,5-molarnom. Napomena: jedinica "mol" se ne mijenja za padeže. Nakon broja pišu “mol”, kao što iza broja pišu “cm”, “kg” itd.

V - ukupni volumen otopine, l.

Normalna koncentracija (ekvivalent molarne koncentracije)

Normalna koncentracija- broj ekvivalenata određene tvari u 1 litri otopine. Normalna koncentracija izražava se u mol-eq/l ili g-eq/l (što znači molski ekvivalenti). Za bilježenje koncentracije takvih otopina, kratice " n" ili " N" Na primjer, otopina koja sadrži 0,1 mol-ekviv/l naziva se decinormalnom i piše kao 0,1 n.

ν - količina otopljene tvari, mol;

V - ukupni volumen otopine, l;

z je broj ekvivalencije.

Normalna koncentracija može varirati ovisno o reakciji u kojoj je tvar uključena. Na primjer, jednomolarna otopina H 2 SO 4 bit će jednonormalna ako se namjerava reagirati s alkalijom u obliku hidrogen sulfata KHSO 4, i dvonormalna ako se namjerava reagirati s stvaranjem K 2 SO 4.

Zrak sadrži nekoliko različitih plinova: kisik, dušik, ugljikov dioksid, plemenite plinove, vodenu paru i neke druge tvari. Sadržaj svakog od ovih plinova u čisti zrak strogo određeno.

Da bi se sastav mješavine plinova izrazio brojevima, tj. kvantitativno se koristi posebna vrijednost koja se naziva volumni udio plinova u smjesi.

Volumni udio plina u smjesi označava se grčkim slovom "phi".

Volumni udio plina u smjesi je omjer volumena određenog plina i ukupnog volumena smjese:

Što pokazuje volumni udio plina u smjesi ili, kako se kaže, koji je fizikalni smisao te količine? Volumni udio plina pokazuje koliki dio ukupnog volumena smjese zauzima određeni plin.

Kad bismo mogli razdvojiti 100 litara zraka na pojedinačne plinovite komponente, dobili bismo oko 78 litara dušika, 21 litru kisika, 30 ml ugljični dioksid, preostali volumen bi sadržavao tzv. plemenite plinove (uglavnom argon) i neke druge (slika 62).

Izračunajmo volumne udjele ovih plinova u zraku:

Lako je primijetiti da je zbroj volumnih udjela svih plinova u smjesi uvijek jednak 1, odnosno 100%:

(dušik) + (kiselina) + (ugljični plin) + (ostali plinovi) = 78% + 21% + 0,03% + 0,97% = 100%.

Zrak koji izdišemo znatno je siromašniji kisikom (volumni udio mu se smanjuje na 16%), ali se sadržaj ugljičnog dioksida povećava na 4%. Ovaj zrak više nije pogodan za disanje. Zato se prostorija u kojoj ima puno ljudi mora redovito provjetravati.

U industrijskoj kemiji često se susreće suprotan problem: određivanje volumena plina u smjesi iz poznatog volumnog udjela.

Primjer. Izračunajte volumen kisika u 500 litara zraka.

Iz određivanja volumnog udjela plina u smjesi izražavamo volumen kisika:

V(kiselo) = V(zrak) (kiselo).

Zamijenimo brojeve u jednadžbu i izračunajmo volumen kisika:

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

Usput, za približne izračune, volumni udio kisika u zraku može se uzeti jednak 0,2 ili 20%.

Pri izračunavanju volumnih udjela plinova u smjesi možete upotrijebiti mali trik. Znajući da je zbroj volumnih udjela 100%, za “zadnji” plin u smjesi ova se vrijednost može drugačije izračunati.

Zadatak.Analiza atmosfere Venere pokazala je da 50 ml Venerinog “zraka” sadrži 48,5 ml ugljičnog dioksida i 1,5 ml dušika. Izračunajte volumne udjele plinova u atmosferi planeta.

dano:

V(mješavine) = 50 ml,

V(plinski ugljik) = 48,5 ml,

V(dušik) = 1,5 ml.

Pronaći:

(plinski kut),

Riješenje

Izračunajmo volumni udio ugljičnog dioksida u smjesi. A-prior:

Izračunajmo volumni udio dušika u smjesi, znajući da je zbroj volumnih udjela plinova u smjesi 100%:

(ugljični plin) + (dušik) = 100%,

(dušik) = 100% – (ugljični plin) = ​​100% – 97% = 3%.

Odgovor.(ugljični plin) = ​​97%, (dušik) = 3%.

Koja se veličina koristi za mjerenje sadržaja komponenata u smjesama drugih vrsta, na primjer u otopinama? Jasno je da je u ovom slučaju nezgodno koristiti volumni udio. U pomoć dolazi nova količina o kojoj ćete naučiti u sljedećoj lekciji.

1. Koliki je volumni udio komponente u plinskoj smjesi?

2. Volumni udio argona u zraku je 0,9%. Koliki je volumen zraka potreban za proizvodnju 5 litara argona?

3. Odvajanjem zraka dobivene su 224 litre dušika. Kolike su količine kisika i ugljičnog dioksida u ovom slučaju dobivene?

4. Volumni udio metana u prirodnom plinu je 92%. Koliki će volumen te plinske smjese sadržavati 4,6 ml metana?

5. Pomiješano je 6 litara kisika i 2 litre ugljičnog dioksida. Odredite volumni udio svakog plina u dobivenoj smjesi.