Kjemisk konsentrasjon måter å uttrykke det, enheter, molalitet og molaritet



den kjemisk konsentrasjon er det numeriske mål for den relative mengden av oppløsningsmiddel i en løsning. Dette tiltaket uttrykker et forhold av løsningsmidlet med hensyn til en mengde eller volum av løsningsmidlet eller løsningen i konsentrasjonsenheter. Begrepet "konsentrasjon" er knyttet til mengden løsemiddel som er tilstede: en løsning vil være mer konsentrert mens mer løsemiddel har.

Disse enhetene kan være fysiske når størrelsen på masse og / eller volum av komponentene i løsningen eller kjemikaliene er tatt i betraktning, når konsentrasjonen av løsemiddelet uttrykkes i form av dets mol eller ekvivalenter, idet det tas hensyn til antall Avogadro.

Dermed er det ved bruk av molekylære eller atomvekter og antall Avogadro mulig å omdanne de fysiske enhetene til kjemiske stoffer når de uttrykker konsentrasjonen av et bestemt oppløsningsmiddel. Derfor kan alle enhetene konverteres til samme løsning.

index

  • 1 Løsninger fortynnet og konsentrert
  • 2 måter å uttrykke konsentrasjon på
    • 2.1 Kvalitativ beskrivelse
    • 2.2 Klassifisering ved oppløselighet
    • 2.3 Kvantitativ notasjon
  • 3 konsentrasjonsenheter
    • 3.1 Enheter med relativ konsentrasjon
    • 3.2 Enheter med fortynnet konsentrasjon
    • 3.3 Konsentrasjonsenheter basert på mol
    • 3.4 Formalitet og normalitet
  • 4 Molarity
    • 4.1 Øvelse 1
    • 4.2 Øvelse 2
  • 5 Normalitet
    • 5.1 Beregning
    • 5.2 Øvelse 1
  • 6 Molality
    • 6.1 Øvelse 1
  • 7 Anbefalinger og viktige notater om kjemisk konsentrasjon
    • 7.1 Volumet av løsningen er alltid større enn for løsningsmidlet
    • 7.2 Utility of Molarity
    • 7.3 Formlene er ikke lagret, men enhetene eller definisjonene er
  • 8 referanser 

Løsninger fortynnet og konsentrert

Hvordan kan det bli lagt merke til om en konsentrasjon er meget fortynnet eller konsentrert? Ved første øyekast ved manifestasjon av noen av dets organoleptiske eller kjemiske egenskaper; det vil si de som oppfatter sansene eller som kan måles.

Øvre bilde viser en fortynning av en kaliumdikromatkoncentrasjon (K2Cr2O7), som viser en oransje farge. Fra venstre til høyre kan du se hvordan fargen reduserer intensiteten ettersom konsentrasjonen er fortynnet og tilsetter mer løsningsmiddel.

Denne fortynningen gjør det mulig å oppnå en fortynnet konsentrasjon fra en konsentrert en. Farge (og andre "skjulte" egenskaper i sin oransje barm) endres på samme måte som konsentrasjonen gjør det, enten med fysiske eller kjemiske enheter.

Men hva er kjemiske konsentrasjonsenheter? Disse inkluderer molariteten eller molare konsentrasjon av en oppløsning, som vedrører antall mol oppløst stoff per det totale volum av løsningen i liter.

Du har også molaliteten eller også kjent som molalkonsentrasjon, som refererer til molene løsemiddel, men som er inneholdt i en standardisert mengde løsningsmiddel eller løsningsmiddel som er nøyaktig en kilo.

Dette løsningsmidlet kan være rent, eller hvis løsningen inneholder mer enn ett løsningsmiddel, vil molaliteten være molene av løsningen per kilo løsningsmiddelblandingen.

Den tredje enhet kjemiske konsentrasjonen er normal eller normal konsentrasjon av en oppløsning som angir antall kjemiske ekvivalenter av oppløst stoff pr liter oppløsning.

Enheten der normalitet er uttrykt er i ekvivalenter per liter (Eq / L), og i medisin er konsentrasjonen av elektrolytter i humant serum uttrykt i milliekvivalenter per liter (mEq / L).

Måter å uttrykke konsentrasjon

Konsentrasjonen av en løsning kan betegnes på tre hovedveier, selv om de har et stort utvalg av termer og enheter i seg selv, som kan brukes til å uttrykke måleverdien av denne verdien: den kvalitative beskrivelsen, den kvantitative notasjonen og klassifiseringen i termer av løselighet.

Avhengig av hvilket språk og kontekst du jobber i, velger du en av tre måter å uttrykke konsentrasjonen av en blanding på.

Kvalitativ beskrivelse

Brukt hovedsakelig i uformelt og ikke-teknisk språk, uttrykkes den kvalitative beskrivelsen av konsentrasjonen av en blanding i form av adjektiver, som generelt viser nivået av konsentrasjon som en løsning har..

Således er minimumskonsentrasjonsnivå i henhold til kvalitativ beskrivelse er som for en "fortynnet" løsning, og det maksimale er "konsentrert".

Vi snakker om fortynnede løsninger når en løsning har en meget lav andel løsemiddel, avhengig av totalvolumet av løsningen. Hvis du vil fortynne en løsning, må du legge til en større mengde løsningsmiddel eller se etter måter å redusere løsningen på.

Nå snakker vi om konsentrerte løsninger når de har en høy andel løsemiddel, avhengig av totalvolumet av løsningen. For å konsentrere en løsning, legg til mer løsemiddel, eller reduser mengden løsningsmiddel.

I denne forstand kalles kvalitativ beskrivelse denne klassifiseringen, ikke bare fordi den mangler matematiske målinger, men for dens empiriske kvalitet (kan tilskrives visuelle egenskaper, lukter og smaker uten behov for vitenskapelig bevis).

Klassifisering ved oppløselighet

Oppløseligheten av en konsentrasjon angir den maksimale kapasiteten til oppløsningen som har en løsning, avhengig av forhold som temperatur, trykk og stoffer som er oppløst eller suspendert.

Løsningene kan klassifiseres i tre typer i henhold til deres oppløsningsnivå oppløst ved målingen: umettede, mettede og overmettet løsninger.

- Umettede løsninger er de som inneholder en mindre mengde løsemiddel der løsningen løses. I dette tilfellet har løsningen ikke nådd sin maksimale konsentrasjon.

- Mettede løsninger er de der maksimal mengde oppløsningsmiddel er oppløst i løsningsmidlet ved en bestemt temperatur. I dette tilfellet er det en balanse mellom begge stoffene, og løsningen kan ikke akseptere mer løsemiddel (siden det kommer til å utfelle).

- Overmettet løsninger har mer løsemiddel enn løsningen ville akseptere under likevektsbetingelser. Dette oppnås ved oppvarming av en mettet løsning, og tilsetter mer løsemiddel enn normalt. Når det er kaldt, vil det ikke utløse løsningen automatisk, men noen forstyrrelser kan forårsake denne effekten på grunn av ustabiliteten.

Kvantitativ notasjon

I det øyeblikket man studerer en løsning som skal brukes på det tekniske eller vitenskapelige området, er det nødvendig med en presisjon målt og uttrykt i enheter som beskriver konsentrasjonen i henhold til dens eksakte verdier av masse og / eller volum.

Derfor er det en serie enheter som brukes til å uttrykke konsentrasjonen av en løsning i sin kvantitative notasjon, som er delt inn i fysisk og kjemisk, og som igjen har sine egne underoppdelinger.

Enhetene av fysiske konsentrasjoner er de av "relativ konsentrasjon", som uttrykkes i prosentandel. Det er tre måter å uttrykke prosentvise konsentrasjoner på: masseprosent, volumprosent og prosentandel etter massevolum.

I motsetning til dette er enheter av kjemiske konsentrasjoner basert på de molære mengder, ekvivalenter per gram, deler per million og andre egenskaper av løsningen med hensyn til løsningen.

Disse enhetene er den vanligste for sin høye nøyaktighet ved måling konsentrasjoner, og derfor vanligvis de som ønsker å vite for å jobbe med kjemiske løsninger.

Konsentrasjonsenheter

Som beskrevet i de foregående avsnittene, når beregning av konsentrasjonen av en løsning kvantitativt, skal beregningene styres av eksisterende enheter for det formålet..

Konsentrasjonsenhetene er også delt inn i de med relativ konsentrasjon, de med fortynnede konsentrasjoner, de basert på mol og andre tilleggsenheter..

Enheter av relativ konsentrasjon

De relative konsentrasjoner er de som uttrykkes i prosent, som det ble oppkalt i forrige avsnitt. Disse enhetene er delt inn i massemasseprosent, volumvolumprosent og massevolumprosent, og beregnes som følger:

- % masse = løsningsmasse (g) / masse av total oppløsning (g) x 100

- % volum = volum av løsemiddel (ml) / volum av total oppløsning (ml) x 100

- % masse / volum = oppløsningsmasse (g) / totalt oppløsningsvolum (ml) x 100

I dette tilfellet, for å beregne masse eller volum av total oppløsning må det tilsettes masse eller volum av løsningen med løsningsmiddelets.

Enheter med fortynnet konsentrasjon

Fortynnede konsentrasjonsenheter er de som brukes for å uttrykke de meget små konsentrasjoner som finnes i spormengder i en fortynnet oppløsning; Den vanligste bruken som presenteres for disse enhetene er å finne spor av oppløst gass i en annen, som agenter som forurenser luften.

Disse enhetene er angitt i form av deler per million (ppm), deler per milliard (ppb) og deler per trillion (ppt) og uttrykkes som følger:

- ppm = 1 mg løsemiddel / 1 liter løsning

- ppb = 1 μg oppløst / 1 liter løsning

- ppt = 1 ng oppløst / 1 liter løsning

I disse uttrykkene er mg lik milligram (0,001 g), μg er lik mikrogram (0.000001 g) og ng er lik nanogram (0.000000001 g). Disse enhetene kan også uttrykkes i volum / volum.

Konsentrasjonsenheter i henhold til mol

Konsentrasjonsenhetene basert på mol er de av molarfraksjonen, molarprosenten, molariteten og molaliteten (disse to siste er bedre beskrevet i enden av artikkelen).

Molefraksjonen av et stoff er fraksjonen av alle dets bestanddelmolekyler (eller atomer) som en funksjon av de totale molekyler eller atomer. Det beregnes som følger:

XEn = antall mol stoff A / totalt antall mol i oppløsning

Denne prosedyren gjentas for de andre stoffene i oppløsning, idet det tas hensyn til at summen av XEn + XB + XC ... må være lik en.

Molarprosenten fungerer på samme måte som XEn, bare det avhengig av prosentandelen:

Molar prosentandel av A = XEn x 100%

I den siste delen vil molaritet og molalitet bli diskutert i detalj.

Formalitet og normalitet

Til slutt er det to konsentrasjonsenheter som for tiden er i bruk: formalitet og normalitet.

Formaliteten til en løsning representerer vektformel-gramnummeret per liter totaloppløsning. Det uttrykkes som:

F = nr. P.F.G / L-oppløsning

I dette uttrykket er P.F.G lik vekten av hvert atom av stoffet, uttrykt i gram.

I stedet representerer normalitet antall oppløste ekvivalenter dividert med liter oppløsning, som uttrykt nedenfor:

N = ekvivalent gram løsemiddel / L-løsning

I nevnte uttrykk kan det ekvivalente gram av løsemiddel beregnes ved antall mol H+, OH- eller andre metoder, avhengig av typen av molekyl.

molariteten

Molariteten eller molare konsentrasjon av det oppløste er den enhet som uttrykker konsentrasjon av kjemikalier eller løsningen vedrører mol (n) som er inneholdt i ett (1) liter (L) av oppløsningen.

Molariteten er betegnet med bokstaven M, og for å bestemme antall mol oppløst stoff (n) gram oppløst stoff (g) mellom molekylvekten (MW) av den oppløste substans fallet.

Dessuten oppnås molekylvekt PM av løsningsmidlet fra summen av atomvektene (PA) eller atommassen til de kjemiske elementene, i betraktning av den andel i hvilken de kombinerer for å danne løsningsmidlet. Dermed har forskjellige soluutos sine egne parlamentsmedlemmer (selv om dette ikke alltid er tilfelle).

Disse definisjonene er oppsummert i følgende formler som brukes til å utføre de tilsvarende beregningene:

Molaritet: M = n (mol løsemiddel) / V (liter løsning)

Antall mol: n = g av løsemiddel / PM av løsemiddel

Øvelse 1

Beregn Molariteten av en løsning som er fremstilt med 45 g Ca (OH)2 oppløst i 250 ml vann.

Det første som må beregnes er molekylvekten av Ca (OH)2 (kalsiumhydroksyd). Ifølge sin kjemiske formel er forbindelsen en kalsiumkation og to oksidriske anioner. Her er vekten av en elektron mindre eller mer enn arten ubetydelig, slik at atomvektene blir tatt:

Antallet mol av løsemiddelet vil da være:

n = 45 g / (74 g / mol)

n = 0,61 mol Ca (OH)2

0,61 mol løsemiddel oppnås, men det er viktig å huske at disse molene er oppløst i 250 ml oppløsning. Som definisjonen av Molarity er mol i a liter eller 1000 ml, må en enkel regel på tre gjøres for å beregne molene som er i 1000 ml av løsningen

Hvis i 250 ml oppløsning er det => 0,61 mol løsemiddel

           I 1000 ml løsning => x Hvor mange mol er der??

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

X = 2,44 M (mol / L)

En annen måte

Den andre måten å få molene til å bruke formelen krever at du tar 250 ml til liter, og bruker også en regel på tre:

Hvis 1000 ml => er 1 liter

250 ml => x Hvor mange liter er?

x = (250 ml) (1 1) / 1000 ml

x = 0,25 L

Erstatter da i Molaritetsformelen:

M = (0,61 mol oppløst stoff) / (0,25 liter av en oppløsning)

M = 2,44 mol / L

Øvelse 2

Hva betyr det at en HCl-løsning er 2,5 M?

HCl-løsningen er 2,5 molar, noe som betyr at en liter av den har oppløst 2,5 mol saltsyre.

normalitet

Normaliteten eller ekvivalent konsentrasjon er enheten for kjemisk konsentrasjon av løsningene som er betegnet med bokstaven N. Denne konsentrasjonsenheten indikerer reaktiviteten til løsningsmidlet og er lik antall løsningsmiddelekvivalenter (Eq) mellom volumet av løsningen uttrykt i liter.

N = Eq / L

Antall ekvivalenter (Eq) er lik gramet løsemiddel mellom ekvivalentvekten (PEq).

 Eq = g oppløst / PEq

Ekvivalentvekten, eller også kjent som gramekvivalent, er beregnet for å oppnå molekylvekten av den oppløste substans og skillet faktor tilsvarende for det formål å oppsummere ligning kalles zeta delta (CL Ht Diff).

PEq = PM / AZ

beregningen

Beregningen av normalitet vil ha en meget spesifikk variasjon i ekvivalentfaktoren eller ΔZ, som også avhenger av typen kjemisk reaksjon hvor det oppløste eller reaktive arten deltar. Noen tilfeller av denne varianten kan nevnes nedenfor:

-Når det er en syre eller base, AZ eller tilsvarende faktor, vil den være lik antall hydrogenioner (H+)  eller OH-hydroksyl- ha løsningen. For eksempel svovelsyre (H2SW4) har to ekvivalenter fordi den har to sure protoner.

-Når det gjelder oksydasjons-reduksjonsreaksjoner, svarer AZ til antall elektroner som er involvert i oksidasjons- eller reduksjonsprosessen, avhengig av det spesifikke tilfellet. Her kommer inn i avspillingen av kjemiske ligninger og spesifikasjonen av reaksjonen.

-Også denne ekvivalente faktor eller AZ vil korrespondere med antall ioner som utfeller i reaksjonene som er klassifisert som utfelling.

Øvelse 1

Bestem normaliteten av 185 g Na2SW4 som er i 1,3 liter løsning.

Molekylvekten til løsningen av denne løsningen beregnes først:

Det andre trinnet er å beregne ekvivalentfaktoren eller ΔZ. I dette tilfellet, som natriumsulfat er et salt, valensen eller ladningen av kation eller metall Na+, som vil bli multiplisert med 2, som er abonnementet på den kjemiske formelen av saltet eller løsemiddelet:

na2SW4 => ΔZ = Valencia Kation x Subindex

ΔZ = 1 x 2

For å oppnå ekvivalentvekten erstattes den i sin respektive ligning:

 PEQ = (142,039 g / mol) / (2 ekv / mol)

 PEq = 71,02 g / Eq

Og så kan du fortsette å beregne antall ekvivalenter, igjen ta en annen enkel beregning:

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

Antall ekvivalenter = 2,605 ekv

Til slutt beregnes normalitet med alle nødvendige data ved å erstatte i henhold til dens definisjon:

 N = 2,605 ekv / 1,3 l

N = 2,0 N

molaritet

Molality er utpekt av små bokstaver m og er lik molene løsemiddel som er til stede i ett (1) kilo løsningsmiddel. Det kalles også en molalkonsentrasjon og beregnes med følgende formel:

m = mol løsemiddel / kg løsningsmiddel

Mens Molaritet etablerer forholdet for antall mol oppløst stoff inneholdt i en (1) liter av oppløsningen, den molaritet angår mol oppløst stoff foreligger i en (1) kg løsemiddel.

I de tilfeller hvor løsningen fremstilles med mer enn ett løsningsmiddel, vil molaliteten uttrykke det samme som molene av løsemiddelet per kilo av blandingen av løsningsmidlene.

Øvelse 1

Bestem molaliteten av en oppløsning som ble fremstilt ved å blande 150 g sukrose (C12H22011) med 300 g vann.

Molekylvekten til sukrose bestemmes først for å fortsette å beregne molene av løsningen av denne oppløsningen:

Antall mol sukrose beregnes:

n = (150 g sukrose) / (342,109 g / mol)

n = 0,438 mol sukrose

Etter at grammet av løsningsmiddel er tatt til kilo for å bruke den endelige formelen.

Erstatter da:

m = 0,438 mol sukrose / 0,3 kg vann

m = 1,46 mol C12H22011/ Kg H2O

Selv om det for tiden er en debatt om det endelige uttrykket for molalitet, kan dette resultatet også uttrykkes som:

1,26 m12H22011 eller 1,26 molal

Det er ansett som fordelaktig i noen tilfeller å uttrykke konsentrasjonen av oppløsningen i form av molaritet, som massen av oppløst substans og løsningsmiddel som ikke har mindre svingninger eller unapparent forandringer for virkningene av temperatur eller trykk; som det gjør i løsninger med gassformig løsemiddel.

I tillegg er det påpekt at denne konsentrasjonsenheten referert til et bestemt løsemiddel, blir uendret ved eksistensen av andre oppløsninger i oppløsningen.

Anbefalinger og viktige notater om kjemisk konsentrasjon

Volumet av løsningen er alltid større enn løsningsmiddelets

Når løsningsøvelsene løses, oppstår feilen ved å tolke volumet av en løsning som om det var løsningsmidlet. For eksempel, hvis ett gram sjokoladepulver er oppløst i en liter vann, er volumet av løsningen ikke det samme som for en liter vann.

Hvorfor ikke? Fordi løsningsmidlet alltid vil ha plass mellom løsningsmiddelmolekylene. Når løsningsmidlet har en høy affinitet for løsningsmidlet, kan volumendringen etter oppløsning være latterlig eller ubetydelig.

Men, om ikke, og enda mer hvis mengden løsemiddel er stor, må volumendringen tas i betraktning. Å være således: Vsolvente + Vsoluto = Vsolución. Kun i fortynnede løsninger eller hvor mengdene av oppløsningsmiddel er små er gyldig Vsolvente = Vsolution.

Denne feilen må holdes særlig oppmerksom, spesielt når du arbeider med væskeoppløsninger. For eksempel, hvis i stedet for å oppløse sjokoladepulver, blir honning oppløst i alkohol, da vil volumet av tilsatt honning ha betydelige effekter på totalvolumet av løsningen.

Derfor, i disse tilfellene må volumet av løsemiddelet tilsettes til løsningsmiddelets.

Utility of Molarity

-Å vite Molaritet av en konsentrert løsning tillater beregninger fortynning ved hjelp av den enkle formel M1V1 = M2V2 hvor M1 tilsvarer den innledende molariteten av løsningen og M2 molariteten for oppløsningen som skal fremstilles fra oppløsningen M1.

-Å vite Molariteten til en løsning, kan du enkelt beregne løsningens Normalitet ved å bruke følgende formel: Normalitet = Antall tilsvarende x M

Formlene lagres ikke, men enhetene eller definisjonene er

Imidlertid feiler minnet noen ganger ikke alle likningene som er relevante for konsentrasjonsberegninger. For dette er det veldig nyttig å ha en klar definisjon av hvert konsept.

Fra definisjonen skrives enhetene ved hjelp av konverteringsfaktorer å uttrykke de som samsvarer med det du vil bestemme.

For eksempel, hvis du har molaliteten og du vil konvertere den til normalitet, fortsett som følger:

(mol / kg oppløsningsmiddel) x (kg / 1000g) (g løsningsmiddel / ml) (ml løsningsmiddel / ml oppløsning) (1000 ml / l)

Merk at (g løsningsmiddel / ml) er tettheten av løsningsmidlet. Begrepet (ml løsningsmiddel / ml løsning) refererer til hvor mye volum løsningen faktisk tilsvarer løsningsmidlet. I mange øvelser er denne siste termen lik 1, av praktiske årsaker, selv om det aldri er helt sant.

referanser

  1. Innledende kjemi-1st Kanadisk utgave. Kvantitative konsentrasjonsenheter. Kapittel 11 løsninger. Hentet fra: opentextbc.ca
  2. Wikipedia. (2018). Ekvivalent konsentrasjon Hentet fra: en.wikipedia.org
  3. PharmaFactz. (2018). Hva er molaritet? Tatt fra: pharmafactz.com
  4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kjemi. (8. utgave). CENGAGE Learning, s. 101-103, 512, 513.
  5. Vandige løsninger-Molaritet. Tatt fra: chem.ucla.edu
  6. Quimicas.net (2018). Eksempler på normalitet. Hentet fra: quimicas.net.