Концентрація- величина, що характеризує кількісний склад розчину.

Концентрацією розчиненої речовини (не розчину) називають відношення кількості розчиненої речовини або його масикоб'ємутворення (моль/л, г/л), тобто це співвідношення неоднорідних величин.

Ті величини, які є відношенням однотипних величин (ставлення маси розчиненої речовини до маси розчину, відношення об'єму розчиненої речовини до об'єму розчину) частками. Проте на практицідля обох видів виразу складу застосовують термін концентраціяі говорять про концентрацію розчинів.

Існує багато способів вираження концентрації розчинів.

Масова частка (також називають процентною концентрацією)

Масова частка – відношення маси розчиненої речовини до маси розчину. Масова частка вимірюється у частках одиниці.

m 1 – маса розчиненої речовини, г (кг);

m – загальна маса розчину, г (кг).

Масову частку розчиненої речовини w (B) зазвичай виражають у частках одиниці або у відсотках. Наприклад, масова частка розчиненої речовини - CaCl 2 у воді дорівнює 0,06 або 6%. Це означає, що в розчині хлориду кальцію масою 100 г міститься хлорид кальцію масою 6 г і вода масою 94 г.

Приклад: Скільки грамів сульфату натрію та води потрібно для приготування 300 г 5% розчину?

Рішення: m (Na 2 SO 4) = w (Na 2 SO 4) / 100 = (5 · 300) / 100 = 15 (г)

де w (Na 2 SO 4)) – масова частка %, m - маса розчину в г m (H 2 O) = 300 г - 15 г = 285 г.

Таким чином, для приготування 300 г 5% розчину натрію сульфату треба взяти 15 г Na 2 SO 4) і 285 г води.

Масовий процентний вміст компонента, ω %

ω % =(m i /Σm i)*100

Об'ємна частка

Об'ємна частка - відношення обсягу розчиненої речовини до обсягу розчину. Об'ємна частка вимірюється у частках одиниці або у відсотках.

V 1 - обсяг розчиненої речовини, л;

V – загальний обсяг розчину, л.

Існують ареометрипризначені для визначення концентрації розчинів певних речовин. Такі ареометри проградуйовані не в значеннях густиниа безпосередньо у значеннях концентрації розчину. Для поширених розчинів етилового спирту,концентрація яких зазвичай виявляється у об'ємних відсотках, такі ареометри отримали назву спиртомірів.

Молярність (молярна об'ємна концентрація)

Молярна концентрація – кількість розчиненої речовини (число молей) в одиниці об'єму розчину. Молярна концентрація вимірюється в моль/л (M) або ммоль/л (mM). Також поширене вираження у «молярності». Так, розчин із концентрацією 0,5 моль/л називають 0,5-молярним.

ν - кількість розчиненої речовини, моль;

V – загальний обсяг розчину, л.

Молярна концентрація вимірюється в моль/л та позначається "M". Наприклад, 2 M NaOH - двомолярний розчин гідроксиду натрію. Один літр такого розчину містить 2 моль речовини або 80 г.

Приклад: Яку масу хромату калію K 2 CrO 4 Чи потрібно взяти для приготування 1,2 л 0,1 М розчину?

Рішення: M(K 2 CrO 4) = C(K 2 CrO 4) · V · M(K 2 CrO 4) = 0,1 моль/л · 1,2 л · 194 г/моль » 23,3 р.

Таким чином, для приготування 1,2 л 0,1 М розчину потрібно взяти 23,3 г K 2 CrO 4 розчинити у воді, а об'єм довести до 1,2 літра.

У статті розглядається таке поняття як масова частка. Наводяться методи її обчислення. Також описані визначення подібних до звучання, але відмінних за фізичним змістом величин. Це масові частки для елемента та виходу.

Колиска життя - розчин

Вода – джерело життя на нашій прекрасній блакитній планеті. Цей вираз можна зустріти досить часто. Проте мало хто, крім фахівців, замислюється: насправді субстратом для розвитку перших біологічних систем став розчин речовин, а чи не хімічно чиста вода. Напевно, у популярній літературі чи передачі читач зустрічав вираз «первинний бульйон».

Про джерела, що дали поштовх розвитку життя як складних органічних молекул, досі сперечаються. Деякі навіть припускають не просто природний і дуже вдалий збіг обставин, а космічне втручання. Причому йдеться зовсім не про міфічні прибульці, а про специфічні умови для створення цих молекул, які можуть існувати тільки на поверхні малих космічних тіл, позбавлених атмосфери - кометах і астероїдах. Таким чином, було б правильніше говорити, що розчин органічних молекул – колиска всього живого.

Вода як хімічно чиста речовина

Незважаючи на величезні солоні океани та моря, прісні озера та річки, у хімічно чистому вигляді вода зустрічається вкрай рідко, в основному у спеціальних лабораторіях. Нагадаємо, у вітчизняній науковій традиції хімічно чиста речовина - це субстанція, яка містить не більше десяти мінус шостої міри масової частки домішок.

Отримання абсолютно вільної від сторонніх компонентів маси вимагає неймовірних витрат і рідко виправдовує. Застосовується лише окремих виробництвах, де навіть один сторонній атом може зіпсувати експеримент. Зазначимо, що напівпровідникові елементи, які становлять основу сьогоднішньої мініатюрної техніки (у тому числі смартфони та планшети), до домішок дуже чутливі. У їх створенні потрібні абсолютно незабруднені розчинники. Однак у порівнянні з усією рідиною планети це мізерно мало. Як же так виходить, що поширена, що пронизує нашу планету, наскрізь вода так рідко зустрічається в чистому вигляді? Пояснимо трохи нижче.

Ідеальний розчинник

Відповідь на поставлене у попередньому розділі питання неймовірно проста. Вода має полярні молекули. Це означає, що у кожній найдрібнішій частинці цієї рідини позитивний і негативний полюси не набагато, але рознесені. При цьому структури, що виникають навіть у рідкій воді, утворюють додаткові (так звані водневі) зв'язки. І загалом це дає наступний результат. Потрапляє у воду речовина (не важливо, який заряд вона має) розтягується молекулами рідини. Кожна частка розчиненої домішки обволікається або негативними, або позитивними сторонами молекул води. Таким чином, ця унікальна рідина здатна розчиняти дуже велику кількість найрізноманітніших речовин.

Поняття масової частки у розчині

Отриманий розчин містить деяку частину домішки, що має назву "масова частка". Хоча такий вираз зустрічається не часто. Зазвичай використовується інший термін – "концентрація". Масова частка визначається конкретним співвідношенням. Формульне вираз наводити не будемо, воно досить просте, пояснимо краще фізичний сенс. Це співвідношення двох мас – домішки до розчину. Масова частка – величина безрозмірна. Виражається по-різному залежно від конкретних завдань. Тобто у частках одиниці, якщо у формулі є лише співвідношення мас, та у відсотках – якщо результат множиться на 100%.

Розчинність

Крім Н 2 Про застосовуються інші розчинники. Крім того, є речовини, які не віддають свої молекули воді. Зате легко розчиняються в бензині або гарячій сірчаній кислоті.

Існують спеціальні таблиці, які показують, скільки того чи іншого матеріалу залишиться у рідині. Цей показник називається розчинністю, і залежить від температури. Чим вона вища, тим активніше рухаються атоми або молекули розчинника, і тим більше домішок він здатний поглинути.

Варіанти визначення частки розчиненої речовини у розчині

Оскільки завдання у хіміків та технологів, а також інженерів та фізиків можуть бути різними, частина розчиненої речовини у воді визначається по-різному. Об'ємна частка обчислюється як обсяг домішки загального обсягу розчину. Використовується інший параметр, проте принцип залишається тим самим.

Об'ємна частка зберігає безрозмірність, виражаючи або у частках одиниці, або у відсотках. Молярність (інше ще називається "молярна об'ємна концентрація") - це число молей розчиненої речовини в заданому обсязі розчину. У цьому вся визначенні беруть участь два різні параметри однієї системи, і розмірність у цієї величини інша. Вона виявляється у молях на літр. Про всяк випадок нагадаємо, що моль - це кількість речовини, що містить приблизно десять у двадцять третього ступеня молекул або атомів.

Концепція масової частки елемента

Ця величина має лише непряме відношення до розчинів. Масова частка елемента відрізняється від розглянутого вище поняття. Будь-яка складна хімічна сполука складається з двох або більше елементів. Кожен має свою відносну масу. Цю величину можна знайти у хімічній системі Менделєєва. Там вона вказана у нецілих числах, але для приблизних завдань значення можна округлити. До складу складної речовини входить певна кількість атомів кожного виду. Наприклад, у воді (Н2О) два атоми водню та один кисню. Співвідношення між відносною масою всієї речовини та даного елемента у відсотках і становитиме масову частку елемента.

Для недосвідченого читача ці два поняття можуть здатися близькими. І досить часто їх плутають. Масова частка виходу відноситься не до розчинів, а до реакцій. Будь-який хімічний процес завжди протікає із отриманням конкретних продуктів. Їх вихід розраховується за формулами в залежності від реагуючих речовин та умов процесу. На відміну від масової частки, цю величину не так просто визначити. Теоретичні розрахунки пропонують якомога більшу кількість речовини продукту реакції. Проте практика завжди дає трохи менше значення. Причини такої розбіжності криються у розподілі енергій серед навіть сильно нагрітих молекул.

Таким чином, завжди знайдуться найхолодніші частинки, які не зможуть вступити в реакцію і залишаться в початковому стані. Фізичний сенс масової частки виходу у тому, який відсоток становить реально отримане речовина від теоретично розрахованого. Формула неймовірно проста. Маса фактично отриманого товару ділиться на масу фактично розрахованого, весь вираз множиться повністю. Масова частка виходу визначається за кількістю молей речовини, що реагує. Не слід забувати про це. Справа в тому, що одна моль речовини - певна кількість його атомів або молекул. За законом збереження речовини з двадцяти молекул води не може вийти тридцять молекул сірчаної кислоти, тому завдання обчислюються саме так. З кількості молей вихідного компонента виводять масу, яка можлива теоретично для результату. Потім, знаючи, скільки продукту реакції насправді отримано, за описаною вище формулою визначають масову частку виходу.

Масова частка- Відношення маси розчиненої речовини до маси розчину. Масова частка вимірюється у частках одиниці.

m 1 – маса розчиненої речовини, г;

m – загальна маса розчину, г.

Масовий процентний вміст компонента, m%

m % =(m i /Σm i)*100

У бінарних розчинах часто існує однозначна (функціональна) залежність між щільністю розчину та його концентрацією (при цій температурі). Це дає можливість визначати практично концентрації важливих розчинів з допомогою денсиметра (спиртометра, сахариметра, лактометра). Деякі ареометри проградуйовані над значеннях щільності, а безпосередньо концентрації розчину (спирту, жиру в молоці, цукру). Слід враховувати, що для деяких речовин крива щільності розчину має максимум, у цьому випадку проводять 2 виміри: безпосереднє, і при невеликому розведенні розчину.

Часто для вираження концентрації (наприклад, сірчаної кислоти в електроліті акумуляторних батарей) користуються їх щільністю. Поширені ареометри (денсиметри, густонаміри), призначені для визначення концентрації розчинів речовин.

Об'ємна частка

Об'ємна частка- Відношення обсягу розчиненої речовини до обсягу розчину. Об'ємна частка вимірюється у частках одиниці або у відсотках.

V 1 - обсяг розчиненої речовини, л;

V – загальний обсяг розчину, л.

Як було зазначено вище, існують ареометри, призначені визначення концентрації розчинів певних речовин. Такі ареометри проградуйовані над значеннях щільності, а безпосередньо концентрації розчину. Для поширених розчинів етилового спирту, концентрація яких зазвичай виражається в об'ємних відсотках, такі ареометри отримали назву спиртомірів або андрометрів.

Молярність (молярна об'ємна концентрація)

Молярна концентрація – кількість розчиненої речовини (число молей) в одиниці об'єму розчину. Молярна концентрація у системі СІ вимірюється в моль/м³, проте практично її набагато частіше виражають в моль/л чи ммоль/л. Також поширене вираження у «молярності». Можливе інше позначення молярної концентрації C M, Яке прийнято позначати М. Так, розчин з концентрацією 0,5 моль/л називають 0,5-молярним. Примітка: одиниця «моль» не схиляється за відмінками. Після цифри пишуть «моль», подібно до того, як після цифри пишуть «см», «кг» тощо.

V – загальний обсяг розчину, л.

Нормальна концентрація (мольна концентрація еквівалента)

Нормальна концентрація- кількість еквівалентів цієї речовини в 1 літрі розчину. Нормальну концентрацію виражають у моль-екв/л або г-екв/л (мається на увазі міль еквівалентів). Для запису концентрації таких розчинів використовують скорочення. н» або « N». Наприклад, розчин, що містить 0,1 моль-екв/л, називають децинормальним і записують як 0,1 н.

ν - кількість розчиненої речовини, моль;

V – загальний обсяг розчину, л;

z – число еквівалентності.

Нормальна концентрація може відрізнятися залежно від реакції, у якій бере участь речовина. Наприклад, одномолярний розчин H 2 SO 4 буде однонормальним, якщо він призначається для реакції з лугом з утворенням гідросульфату KHSO 4 і двонормальним в реакції з утворенням K 2 SO 4 .

До складу повітря входить кілька різних газів: кисень, азот, вуглекислий газ, благородні гази, водяні пари та деякі інші речовини. Зміст кожного з цих газів у чистому повітрі чітко визначено.

Щоб висловити склад суміші газів у цифрах, тобто. кількісно, ​​використовують особливу величину, яку називають об'ємною часткою газів у суміші.

Об'ємну частку газу в суміші позначають грецькою літерою - "фі".

Об'ємною часткою газу в суміші називають відношення обсягу даного газу до загального обсягу суміші:

Що ж показує об'ємна частка газу в суміші або, як то кажуть, який фізичний зміст цієї величини? Об'ємна частка газу показує, яку частину загального обсягу суміші займає цей газ.

Якби нам вдалося розділити 100 л повітря на окремі газоподібні компоненти, ми отримали б близько 78 л азоту, 21 л кисню, 30 мл вуглекислого газу, в обсязі, що залишився, містилися б так звані благородні гази (головним чином аргон) і деякі інші (мал. 62).

Розрахуємо об'ємні частки цих газів у повітрі:

Неважко помітити, що сума об'ємних часток усіх газів у суміші завжди дорівнює 1, або 100%:

(Азоту) + (Кис.) + (Кут. газу) + (Дер. газів) = 78% + 21% + 0,03% + 0,97% = 100%.

Те повітря, яке ми видихаємо, набагато бідніше за кисень (його об'ємна частка знижується до 16%), зате вміст вуглекислого газу зростає до 4%. Таке повітря для дихання вже непридатне. Ось чому приміщення, де знаходиться багато людей, треба регулярно провітрювати.

У хімії з виробництва частіше доводиться зіштовхуватися зі зворотним завданням: визначати обсяг газу суміші за відомої об'ємної частці.

Приклад. Обчисліть об'єм кисню, що міститься у 500 л повітря.

З визначення об'ємної частки газу суміші висловимо обсяг кисню:

V(кисл.) = V(пов.) (кисл.).

Підставимо в рівняння числа та розрахуємо обсяг кисню:

V(Кис.) = 500 (л) 0,21 = 105 л.

До речі, для наближених розрахунків об'ємну частку кисню повітря можна прийняти рівної 0,2, чи 20%.

При розрахунку об'ємних часток газів у суміші можна скористатися невеликою хитрістю. Знаючи, що сума об'ємних часток дорівнює 100%, для «останнього» газу суміші цю величину можна розрахувати по-іншому.

Завдання.Аналіз атмосфери Венери показав, що у 50 мл венеріанського «повітря» міститься 48,5 мл вуглекислого газу та 1,5 мл азоту. Розрахуйте об'ємні частки газів у атмосфері планети.

Дано:

V(суміші) = 50 мл,

V(Кут. газу) = 48,5 мл,

V(Азоту) = 1,5 мл.

Знайти:

(Кут. газу),

Рішення

Розрахуємо об'ємну частку вуглекислого газу суміші. За визначенням:

Обчислимо об'ємну частку азоту в суміші, знаючи, що сума об'ємних часток газів у суміші дорівнює 100%:

(Кут. газу) + (Азоту) = 100%,

(Азоту) = 100% - (Кут. газу) = 100% - 97% = 3%.

Відповідь.(Кут. газу) = 97%, (Азоту) = 3%.

За допомогою якої величини вимірюють вміст компонентів у сумішах іншого типу, наприклад, у розчинах? Зрозуміло, що в цьому випадку користуватися об'ємною часткою незручно. На допомогу приходить нова величина, про яку ви дізнаєтесь на наступному уроці.

1. Що таке об'ємна частка компонента у газовій суміші?

2. Об'ємна частка аргону повітря 0,9%. Який об'єм повітря потрібний для отримання 5 л аргону?

3. При розподілі повітря було отримано 224 л азоту. Які обсяги кисню та вуглекислого газу було отримано при цьому?

4. Об'ємна частка метану у природному газі становить 92%. Який обсяг цієї газової суміші міститиме 4,6 мл метану?

5. Змішали 6 л кисню та 2 л вуглекислого газу. Знайдіть об'ємну частку кожного газу отриманої суміші.