KEMIJSKA KONCENTRACIJA: EKSPRESIJA, JEDINICE, MOLALITET - KEMIJA - 2026

Kemijske koncentracije brojčana mjera relativne količine otopljenog u otopini. Ovo mjerenje izražava omjer otopljene tvari u količini ili količini otapala ili otopine u jedinicama koncentracije. Izraz "koncentracija" povezan je s količinom prisutne rastvora: otopina će biti koncentriranija što je više rastvora.

Te jedinice mogu biti fizičke kada se uzmu u obzir mase i / ili volumne veličine otopine ili kemijskih komponenti, kada je koncentracija rastvora izražena u molovima ili ekvivalentima, uzimajući Avogadrov broj kao referentnu vrijednost.

Autor Leiem, iz Wikimedia Commons

Dakle, korištenjem molekularnih ili atomskih utega i Avogadrovog broja moguće je pretvoriti fizičke jedinice u kemijske jedinice kada se izražava koncentracija datog topljenog otapala. Stoga se sve jedinice mogu pretvoriti u isto rješenje.

Razrijeđene i koncentrirane otopine

Kako možete znati je li koncentracija jako razrijeđena ili koncentrirana? Na prvi pogled očitovanjem bilo kojeg od njegovih organoleptičkih ili kemijskih svojstava; to jest ona koja osjetila opažaju ili se mogu mjeriti.

Gornja slika prikazuje razrjeđivanje koncentracije kalijevog dikromata (K ₂ Cr ₂ O ₇), koje pokazuje narančastu boju. S lijeva na desno, možete vidjeti kako boja opada intenzitetom dok se koncentracija razrjeđuje, dodajući više otapala.

Ovo razrjeđenje omogućuje da se na ovaj način dobije koncentracija razrijeđenog iz koncentrirane. Boja (i druga "skrivena" svojstva u njenoj narančastoj jezgri) se mijenjaju na isti način kao i fizičke ili kemijske jedinice.

Ali koje su kemijske jedinice koncentracije? Među njima su molarnost ili molarna koncentracija otopine koja povezuje molove rastvora s ukupnim volumenom otopinom u litrama.

Postoji i molalnost ili također nazvana koncentracija mola, koja se odnosi na molove rastvorene tvari, ali koji su sadržani u standardiziranoj količini otapala ili otapala koja iznosi točno jedan kilogram.

Ovo otapalo može biti čisto ili ako otopina sadrži više od jednog otapala, molalnost će biti molovi rastvora na kilogram smjese otapala.

I treća jedinica kemijske koncentracije je normalnost ili normalna koncentracija otopine koja izražava broj kemijskih ekvivalenta otopljene tvari po litri otopine.

Jedinica u kojoj je normalnost izražena je u ekvivalentima po litri (Eq / L), a u medicini se koncentracija elektrolita u ljudskom serumu izražava u miliekvivalentima po litri (mEq / L).

Načini izražavanja koncentracije

Koncentracija otopine može se označiti na tri glavna načina, iako oni imaju velik broj različitih izraza i jedinica, koji se mogu koristiti za izražavanje mjere ove vrijednosti: kvalitativni opis, kvantitativni zapis i razvrstavanje u izraze topljivost.

Ovisno o jeziku i kontekstu u kojem radite, bit će odabran jedan od tri načina za izražavanje koncentracije smjese.

Kvalitativni opis

Kvalitativni opis koncentracije mješavine, uglavnom korištenog na neformalnom i netehničkom jeziku, izražava se u obliku pridjeva, koji na općenit način označavaju razinu koncentracije koju otopina ima.

Prema tome, minimalna razina koncentracije prema kvalitativnom opisu je vrijednost "razrijeđene" otopine, a najveća je ona "koncentrirane".

O razrijeđenim otopinama govorimo kada otopina ima vrlo nizak udio rastvora kao funkciju ukupnog volumena otopine. Ako želite razrijediti otopinu, dodajte više otapala ili pronađite način da smanjite otopinu.

Sada govorimo o koncentriranim otopinama kada oni imaju visok udio rastvora kao funkciju ukupnog volumena otopine. Da biste koncentrirali otopinu, dodajte više rastvora ili smanjite količinu otapala.

U tom se smislu ova klasifikacija naziva kvalitativnim opisom, ne samo zbog nedostatka matematičkih mjerenja, već zbog empirijske kvalitete (može se pripisati vizualnim značajkama, mirisima i ukusima, bez potrebe za znanstvenim ispitivanjima).

Razvrstavanje po topljivosti

Topljivost koncentracije označava maksimalni kapacitet otopine koji otopina posjeduje, ovisno o uvjetima poput temperature, tlaka i tvari koje su otopljene ili u suspenziji.

Otopine se mogu svrstati u tri vrste prema njihovoj razini otopljenog rastvora u vrijeme mjerenja: nezasićene, zasićene i prenasićene otopine.

- Nezasićene otopine su one koje sadrže manju količinu rastvora nego što se otopina može otopiti. U ovom slučaju, otopina nije dostigla svoju maksimalnu koncentraciju.

- Zasićene otopine su one u kojima je najveća moguća otopljena količina otopljena u otapalu na određenoj temperaturi. U ovom slučaju postoji ravnoteža između obje tvari i otopina ne može prihvatiti više rastvora (jer će istaložiti).

- Prezasićene otopine imaju više rastvora nego što bi to otopina prihvatila u ravnotežnim uvjetima. To se postiže zagrijavanjem zasićene otopine, dodavanjem više rastvora od uobičajenog. Jednom hladno, neće otopiti talog automatski, ali bilo kakve smetnje mogu uzrokovati ovaj efekt zbog njegove nestabilnosti.

Kvantitativni zapis

Kada se proučava otopina koja će se koristiti u tehničkom ili znanstvenom području, potrebna je preciznost izmjerena i izražena u jedinicama, koje opisuju koncentraciju prema njezinim točnim vrijednostima mase i / ili volumena.

To je razlog zašto postoji niz jedinica koje se koriste za izražavanje koncentracije otopine u njenom kvantitativnom zapisu, koje se dijele na fizičke i kemijske i koje zauzvrat imaju svoje pododjele.

Jedinice fizičkih koncentracija su one "relativne koncentracije", koje su izražene u postocima. Postoje tri načina da se izraze postotne koncentracije: masni postoci, volumni postoci i masno-volumenski postoci.

Umjesto toga, jedinice kemijskih koncentracija temelje se na molarnim količinama, gramskim ekvivalentima, dijelovima na milijun i drugim karakteristikama otopljene tvari u odnosu na otopinu.

Ove su jedinice najčešće zbog njihove velike preciznosti pri mjerenju koncentracija, i zbog toga su obično one koje želite znati da rade s kemijskim otopinama.

Jedinice koncentracije

Kao što je opisano u prethodnim odjeljcima, prilikom kvantitativnog karakteriziranja koncentracije otopine, u ovu bi svrhu trebali upravljati proračunima postojeće jedinice.

Jednako tako, jedinice koncentracije dijele se na one s relativnom koncentracijom, na one u razrijeđenim koncentracijama, na one na bazi molova i na dodatne.

Jedinice relativne koncentracije

Relativne koncentracije su one izražene u postocima, kako je navedeno u prethodnom odjeljku. Te se jedinice dijele na masno-masni, volumni i volumni postotak i izračunavaju se na sljedeći način:

-% masa = masa rastvora (g) / masa ukupne otopine (g) x 100

-% volumena = volumen rastvora (ml) / volumen ukupne otopine (ml) x 100

-% masa / volumen = masa rastvora (g) / volumen ukupne otopine (ml) x 100

U ovom slučaju, za izračun mase ili volumena ukupne otopine, masa ili volumen rastvora moraju se dodati masi otapala.

Jedinice koncentracije razrijeđenih

Jedinice koncentracije razrijeđenih su one koje se koriste za izražavanje onih vrlo malih koncentracija koje se nalaze kao tragovi unutar razrijeđene otopine; Najčešća upotreba ovih jedinica je pronalaženje tragova jednog plina otopljenog u drugom, poput agensa koji zagađuju zrak.

Te su jedinice navedene u obliku dijelova na milijun (ppm), dijelova na milijardu (ppb) i dijelova na bilijun (ppt), a izražene su kako slijedi:

- ppm = 1 mg otopljene otopine / 1 L otopine

- ppb = 1 μg rastvora / 1 L otopine

- ppt = 1 ng rastvora / 1 L otopine

U tim izrazima mg je jednak miligramima (0,001 g), μg jednak mikrogramima (0,000001 g), a ng nanogram (0,000000001 g). Te se jedinice mogu izraziti i količinom / volumenom.

Jedinice koncentracije kao funkcija molova

Jedinice koncentracije temeljene na molovima su jedinice molske frakcije, molnog postotka, molarnosti i molalnosti (posljednja dva su bolje opisana na kraju članka).

Molijski udio neke tvari je udio svih njegovih sastavnih molekula (ili atoma) kao funkcija ukupnih molekula ili atoma. Izračunava se na sljedeći način:

X _A = broj molova tvari A / ukupni broj molova u otopini

Ovaj postupak se ponavlja za ostale tvari u otopini, uzimajući u obzir da zbroj X _A + X _B + X _C … mora biti jednak jednom.

Molski postotak se radi na sličan način kao X _A, samo u smislu postotka:

Molarni postotak A = X _A x 100%

U posljednjem dijelu će se detaljno raspravljati o molarnosti i molljivosti.

Formalnost i normalnost

Konačno, postoje dvije jedinice koncentracije koje se trenutno koriste: formalnost i normalnost.

Formalnost otopine predstavlja broj grama formule mase po litri ukupne otopine. Izražava se:

F = Ne. PFG / L otopina

U ovom izrazu PFG je jednak težini svakog atoma tvari, izraženo u gramima.

Umjesto toga, normalnost predstavlja broj ekvivalenata topljenih tvari podijeljen s litrama otopine, kao što je izraženo u nastavku:

N = ekvivalent grama otopljene otopine / L

U navedenom izrazu, ekvivalentni grami rastvora mogu se izračunati prema broju mola H ⁺, OH ^- ili drugim metodama, ovisno o vrsti molekule.

molaritet

Molarnost ili molarna koncentracija rastvora je jedinica kemijske koncentracije koja izražava ili odnosi na molove rastvora (n) koji su sadržani u jednoj (1) litri (L) otopine.

Molarnost se označava velikim slovom M i da bi se odredili molovi rastvora (n), grami otopljene tvari (g) podijeljeni su s molekulskom masom (MW) otopljene tvari.

Isto tako, molekulska masa MW rastvora dobivena je od zbroja atomske mase (PA) ili atomske mase kemijskih elemenata, uzimajući u obzir udio u kojem se oni kombiniraju, da bi tvorili rastvor. Dakle, različiti soluti imaju svoj vlastiti PM (mada to nije uvijek slučaj).

Te se definicije sumiraju u sljedećim formulama koje se koriste za izvođenje odgovarajućih izračuna:

Molarnost: M = n (molovi otopljene tvari) / V (litra otopine)

Broj molova: n = g rastvora / MW rastvore

Vježba 1

Izračunajte Molarnost otopine koja se priprema s 45 g Ca (OH) ₂ otopljenog u 250 ml vode.

Prvo što treba izračunati je molekulska masa Ca (OH) ₂ (kalcijev hidroksid). Prema svojoj kemijskoj formuli, spoj se sastoji od kalcijevog kationa i dva hidroksil aniona. Ovdje je težina elektrona manja ili veća za vrstu zanemarljiva, pa se uzimaju atomske težine:

Izvor: Gabriel Bolívar

Broj molova rastvorene tvari tada će biti:

n = 45 g / (74 g / mol)

n = 0,61 mola Ca (OH) ₂

Dobiva se 0,61 mola rastvora, ali važno je imati na umu da ti molovi leže otopljeni u 250 ml otopine. Budući da je definicija Molarity mol u litri ili 1000 ml, tada se mora napraviti jednostavno tri pravila za proračun molova koji se nalaze u 1000 ml navedene otopine.

Ako u 250 ml otopine ima => 0,61 mola otopljene tvari

U 1000 ml otopine => x Koliko molova ima?

x = (0,61 mol) (1000 ml) / 250 ml

X = 2,44 M (mol / L)

Drugi način

Drugi način da se dobiju madeži za primjenu formule zahtijeva da se 250 mL odvoji u litrama, također primjenjujući pravilo tri:

Ako je 1000 ml => 1 litra

250 ml => x Koliko litara ima?

x = (250 mL) (1 L) / 1000 mL

x = 0,25 L

Zamjena u formuli molarnosti:

M = (0,61 mol otopljene tvari) / (0,25 L otopine)

M = 2,44 mol / L

Vježba 2

Što znači za otopinu HCl 2,5 M?

Otopina HCl je 2,5 mola, odnosno u jednoj je litri otopljeno 2,5 mola klorovodične kiseline.

Normalan

Normalnost ili ekvivalentna koncentracija je jedinica kemijske koncentracije otopina koja je označena velikim slovom N. Ova jedinica koncentracije ukazuje na reaktivnost rastvora i jednaka je broju ekvivalenata rastvora (Eq) podijeljenom s volumenom otopine izraženim u litrama.

N = Eq / L

Broj ekvivalenata (Eq) jednak je gramima rastvora podijeljen s ekvivalentnom masom (PEq).

Eq = g rastvora / PEq

Ekvivalentna težina, ili poznata i kao gram ekvivalent, izračunava se dobivanjem molekulske mase otopljene tvari i dijeljenjem s ekvivalentnim faktorom koji se u svrhu sabiranja u jednadžbi naziva delta zeta (ΔZ).

PEq = PM / ΔZ

računanje

Izračun normalnosti imat će vrlo specifičnu varijaciju ekvivalentnog faktora ili ΔZ, što također ovisi o vrsti kemijske reakcije u kojoj sudjeluju otopljene ili reaktivne vrste. Dolje se mogu spomenuti neki slučajevi ove varijacije:

-Kada je kiselina ili baza, ΔZ ili ekvivalentni faktor, bit će jednak broju vodikovih iona (H ⁺) ili hidroksil OH-a ^- koji ima rastvoren. Na primjer, sumporna kiselina (H ₂ SO ₄) ima dva ekvivalenta jer ima dvije kisele protone.

-Kad dođe do reakcija redukcije oksidacije, ΔZ će odgovarati broju elektrona koji su uključeni u proces oksidacije ili redukcije, ovisno o konkretnom slučaju. Ovdje dolaze u obzir balansiranje kemijskih jednadžbi i specifikacija reakcije.

-Takođe, ovaj ekvivalentni faktor ili ΔZ odgovarat će broju iona koji se talože u reakcijama klasificiranim kao oborina.

Vježba 1

Odrediti normalnost 185 g Na ₂ SO ₄ nalazi se u 1.3 L otopine.

Najprije će se izračunati molekulska masa otopljene tvari u ovoj otopini:

Izvor: Gabriel Bolívar

Drugi je korak izračunavanje ekvivalentnog faktora ili ΔZ. U tom slučaju, budući da je natrijev sulfat sol, ^razmotrit ćemo se valencija ili naboj kationa ili metala Na ⁺, koji će se pomnožiti s 2, što je podpis kemijske formule soli ili topljenog metala:

Na ₂ SO ₄ => ∆Z = Valencija kation x pretplata

∆Z = 1 x 2

Da bi se dobila ekvivalentna težina, supstituira se u odgovarajućoj jednadžbi:

PEq = (142.039 g / mol) / (2 ekvivalenta / mol)

PEq = 71,02 g / Eq

I tada možete nastaviti s izračunavanjem broja ekvivalenata, ponovno pribjegavajući drugom jednostavnom proračunu:

Eq = (185 g) / (71,02 g / Eq)

Broj ekvivalenata = 2.605 Eq

Konačno, sa svim potrebnim podacima, normalnost se sada izračunava zamjenom u skladu s njenom definicijom:

N = 2.605 Eq / 1.3 L

N = 2,0 N

molalnosti

Molalnost je označena malim slovom m i jednaka je molovima rastvora koji su prisutni u jednom (1) kilogramu otapala. Poznata je i kao koncentracija mola i izračunava se prema slijedećoj formuli:

m = moli rastvora / kg otapala

Dok molarnost uspostavlja omjer molova rastvorenih tvari sadržanih u jednoj (1) litri otopine, molalnost se odnosi na molove rastvora koji postoje u jednom (1) kilogramu otapala.

U onim slučajevima kada se otopina pripravi s više otapala, molalitet će izraziti isti mol otapala po kilogramu smjese otapala.

Vježba 1

Odredite molalnost otopine koja je pripravljena miješanjem 150 g saharoze (C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁) sa 300 g vode.

Molekularna težina saharoze se najprije utvrđuje kako bi se započelo računanje molova rastvora u ovoj otopini:

Izvor: Gabriel Bolívar

Broj molova saharoze izračunava se:

n = (150 g saharoze) / (342.109 g / mol)

n = 0,438 mola saharoze

Grami otapala se zatim pretvaraju u kilograme da bi se primijenila konačna formula.

Zamjena zatim:

m = 0,438 mola saharoze / 0,3 kilograma vode

m = 1.46 mol C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ / kg H ₂ O

Iako se trenutno raspravlja o konačnom iskazivanju molalnosti, ovaj se rezultat može izraziti i:

1,26 m C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ ili 1,26 molal

Ponekad se smatra korisnim izraziti koncentraciju otopine u smislu molalnosti, jer mase rastvora i otapala ne trpe male fluktuacije ili neprimjetne promjene zbog utjecaja temperature ili tlaka; kao što se događa u otopinama s plinovitim topljenjem.

Nadalje, istaknuto je da ova jedinica koncentracije koja se odnosi na specifični rastvor nepromijenjena postojanjem drugih rastvora u otopini.

Preporuke i važne napomene o koncentraciji kemikalija

Volumen otopine je uvijek veći od volumena otapala

Kako se vježbe s rješenjem rješavaju, pojavljuje se pogreška u tumačenju volumena otopine kao da je to otapalo. Na primjer, ako se jedan gram čokolade u prahu otopi u jednoj litri vode, volumen otopine nije jednak volumenu jedne litre vode.

Zašto ne? Jer otapalo će uvijek zauzimati prostor između molekula otapala. Kada otapalo ima visoki afinitet prema otopljenoj otopini, promjena volumena nakon otapanja može biti zanemarljiva ili zanemarljiva.

Ali, ako ne, i još više ako je količina rastvora velika, promjena volumena mora se uzeti u obzir. Budući ovako: Vsolvent + Vsolute = Vsolution. Samo u razrijeđenim otopinama ili tamo gdje su količine rastvora male, vrijedi Vsolvent = Vsolution.

Ovu pogrešku treba imati na umu posebno pri radu s tekućim otopinama. Na primjer, ako se umjesto otapanja čokolade u prahu, med otopi u alkoholu, tada će volumen dodanog meda primijetiti učinak na ukupni volumen otopine.

Stoga, u tim slučajevima, volumen rastvora mora se dodati količini otapala.

Korisnost molarnosti

- Poznavanje Molarnosti koncentrirane otopine omogućava izračun razrjeđenja pomoću jednostavne formule M1V1 = M2V2, gdje M1 odgovara početnoj Molarnosti otopine, a M2 Molaritet otopine koja se priprema iz otopine. s M1.

-Znajući Molarnost otopine, njegova Normalnost se može lako izračunati pomoću sljedeće formule: Normalnost = broj ekvivalentnih x M

Formule se ne pamte, ali su jedinice ili definicije

Međutim, ponekad uspomena uspijeva kad se pokušate sjetiti svih jednadžbi važnih za proračune koncentracije. Za to je vrlo korisno imati vrlo jasnu definiciju svakog koncepta.

Polazeći od definicije, jedinice se pišu korištenjem faktora pretvorbe za izražavanje onih koji odgovaraju onome što treba utvrditi.

Na primjer, ako imate molalitet i želite ga pretvoriti u normalno, postupite na sljedeći način:

(mol / Kg otapala) x (kg / 1000 g) (g otapalo / ml) (ml otapala / ml otopine) (1000mL / L) (ekv / mol)

Imajte na umu da je (g otapala / ml) gustoća otapala. Izraz (ml otapala / ml otopine) odnosi se na to koliko volumen otopine zapravo odgovara otapalu. U mnogim vježbama ovaj je posljednji izraz iz praktičnih razloga jednak, iako nikad nije potpuno istinit.

Reference

1. Uvodna Chemistry- 1 ^st Kanadski izdanje. Kvantitativne jedinice koncentracije. Poglavlje 11 Rješenja. Preuzeto sa: opentextbc.ca
2. Wikipedia. (2018.). Ekvivalentna koncentracija. Preuzeto sa: en.wikipedia.org
3. PharmaFactz. (2018.). Što je molarnost? Preuzeto sa: pharmafactz.com
4. Whitten, Davis, Peck i Stanley. Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje, str 101-103, 512, 513.
5. Vodene otopine-Molarnost. Preuzeto iz: chem.ucla.edu
6. Quimicas.net (2018). Primjeri normalnosti. Oporavilo od: quimicas.net.