CHEMINĖ KONCENTRACIJA: IŠRAIŠKA, VIENETAI, MOLIŠKUMAS - CHEMIJA - 2025

Cheminės koncentracija yra skaitinė priemonė santykinio kiekio tirpinio tirpale. Šis matavimas išreiškia tirpintos medžiagos santykį su tirpiklio ar tirpalo kiekiu ar tūriu koncentracijos vienetais. Terminas „koncentracija“ yra susijęs su esančių tirpiųjų medžiagų kiekiu: kuo tirštesnis jis tirpalas, tuo labiau jis bus koncentruotas.

Šie vienetai gali būti fizikiniai, kai atsižvelgiama į tirpalo ar cheminių komponentų masės ir (arba) tūrio dydžius, kai tirpios medžiagos koncentracija yra išreiškiama jo moliais arba ekvivalentais, atsižvelgiant į Avogadro skaičių kaip etaloną.

Autorius Leiem, iš „Wikimedia Commons“

Taigi, naudojant molekulinius ar atominius svorius ir Avogadro skaičių, galima išreikšti fizinius vienetus į cheminius vienetus, kai išreiškiama tam tikros tirpios medžiagos koncentracija. Todėl visus vienetus galima konvertuoti tam pačiam sprendimui.

Praskiesti ir koncentruoti tirpalai

Kaip pasakyti, ar koncentracija yra labai praskiesta, ar koncentruota? Iš pirmo žvilgsnio pasireiškiant bet kurioms jo organoleptinėms ar cheminėms savybėms; tai yra tuos, kuriuos jutimai suvokia arba kuriuos galima išmatuoti.

Viršutinis paveikslėlis parodo praskiestą kalio dichromato (K ₂ Cr ₂ O ₇ ) koncentraciją, kurios spalva yra oranžinė. Iš kairės į dešinę galite pamatyti, kaip skiedžiant koncentraciją spalva mažėja, pridedant daugiau tirpiklio.

Šis praskiedimas leidžia tokiu būdu gauti praskiestą koncentraciją iš koncentruotos. Spalva (ir kitos oranžinės šerdies „paslėptos“ savybės) keičiasi taip pat, kaip keičiasi jos koncentracija, tiek esant fizikiniams, tiek cheminiams vienetams.

Bet kokie yra cheminiai koncentracijos vienetai? Tarp jų yra tirpalo moliškumas arba molinė koncentracija, susieta tirpios medžiagos moliai su visu tirpalo tūriu litrais.

Taip pat yra molališkumas arba dar vadinamas molalio koncentracija, kuri nurodo ištirpintos medžiagos molius, bet kurios yra standartizuotame tirpiklio ar tirpiklio kiekyje, kuris yra tiksliai vienas kilogramas.

Šis tirpiklis gali būti grynas arba jei tirpale yra daugiau nei vienas tirpiklis, tirpumo moliai bus tirpiklio moliai vienam kilogramui tirpiklio mišinio.

O trečiasis cheminės koncentracijos vienetas yra normalumas arba normali tirpalo koncentracija, išreiškianti tirpios medžiagos cheminių ekvivalentų skaičių viename tirpalo litre.

Vienetas, kuriame išreiškiamas normalumas, yra ekvivalentais litre (Eq / L), o medicinoje elektrolitų koncentracija žmogaus serume yra išreikšta miliekvivalentais litre (mEq / L).

Susitelkimo būdai

Tirpalo koncentracija gali būti žymima trimis pagrindiniais būdais, net jei jie turi labai daug terminų ir vienetų, kurie gali būti naudojami išreiškiant šios vertės matą: kokybinis aprašymas, kiekybinis žymėjimas ir klasifikavimas pagal terminus. tirpumas.

Priklausomai nuo kalbos ir konteksto, kuriame dirbate, bus pasirinktas vienas iš trijų būdų, kaip išreikšti mišinio koncentraciją.

Kokybinis aprašymas

Naudojamas neoficialia ir netechnine kalba, kokybinis mišinio koncentracijos apibūdinimas yra išreikštas būdvardžiais, kurie apibendrintai nurodo tirpalo koncentracijos lygį.

Taigi, pagal kokybinį aprašymą mažiausias koncentracijos lygis yra „praskiesto“ tirpalo, o maksimalus - „koncentruoto“.

Mes kalbame apie praskiestus tirpalus, kai tirpale yra labai maža tirpių dalis, atsižvelgiant į bendrą tirpalo tūrį. Jei norite praskiesti tirpalą, įpilkite daugiau tirpiklio arba raskite būdą tirpalo kiekiui sumažinti.

Dabar mes kalbame apie koncentruotus tirpalus, kai jie turi didelę tirpiųjų medžiagų dalį nuo bendro tirpalo tūrio. Norėdami sukoncentruoti tirpalą, įpilkite daugiau tirpios medžiagos arba sumažinkite tirpiklio kiekį.

Šia prasme ši klasifikacija vadinama kokybiniu apibūdinimu ne tik todėl, kad jai trūksta matematinių matavimų, bet ir dėl empirinės kokybės (ją galima priskirti regėjimo ypatybėms, kvapams ir skoniui, nereikia atlikti mokslinių tyrimų).

Klasifikavimas pagal tirpumą

Koncentracijos tirpumas reiškia maksimalią tirpalo talpą, priklausomai nuo temperatūros, slėgio ir medžiagų, kurios yra ištirpintos arba suspensijos.

Tirpalai gali būti suskirstyti į tris tipus pagal jų ištirpintos tirpios medžiagos kiekį matavimo metu: nesočiųjų, sočiųjų ir sočiųjų tirpalų.

- Nesotieji tirpalai yra tie, kuriuose yra mažiau tirpios medžiagos, nei tirpalas gali ištirpinti. Šiuo atveju tirpalas nepasiekė didžiausios koncentracijos.

- Sotieji tirpalai yra tie, kuriuose didžiausias įmanomas tirpios medžiagos kiekis yra ištirpinamas tirpiklyje tam tikroje temperatūroje. Tokiu atveju tarp abiejų medžiagų yra pusiausvyra ir tirpalas negali priimti daugiau tirpios medžiagos (nes ji nusės).

- Supersotieji tirpalai turi daugiau tirpių nei tas, kurį tirpalas priimtų pusiausvyros sąlygomis. Tai atliekama kaitinant prisotintą tirpalą, pridedant daugiau tirpios medžiagos nei įprastai. Kai šalta, jis savaime neiškris tirpios medžiagos, tačiau bet kokie sutrikimai gali sukelti šį poveikį dėl jo nestabilumo.

Kiekybinis žymėjimas

Tiriant techninėje ar mokslo srityje naudojamą tirpalą, reikia išmatuoti ir išreikšti vienetais tikslumą, kuris apibūdina koncentraciją pagal tikslias jo masės ir (arba) tūrio vertes.

Štai kodėl yra daugybė vienetų, naudojamų tirpalo koncentracijai išreikšti kiekybiniame žymėjime, kurie yra suskirstyti į fizikinius ir cheminius ir kurie savo ruožtu turi savo padalijimus.

Fizikinės koncentracijos vienetai yra santykinės koncentracijos vienetai, išreiškiami procentais. Yra trys būdai išreikšti procentinę koncentraciją: masės procentai, tūrio procentai ir masės tūrio procentai.

Vietoj to, cheminių koncentracijų vienetai yra pagrįsti moliniais kiekiais, gramų ekvivalentais, dalimis milijonui ir kitomis tirpios medžiagos savybėmis tirpalo atžvilgiu.

Šie vienetai yra labiausiai paplitę dėl jų aukšto tikslumo matuojant koncentracijas, ir dėl šios priežasties jie dažniausiai yra tie, kuriuos norite žinoti dirbdami su cheminiais tirpalais.

Koncentracijos vienetai

Kaip aprašyta ankstesniuose skyriuose, kiekybiškai apibūdinant tirpalo koncentraciją, šiam tikslui skaičiavimus turėtų valdyti turimi vienetai.

Taip pat koncentracijos vienetai yra padalijami į santykinius, praskiestų, pagrįstus moliais, ir papildomus.

Santykinės koncentracijos vienetai

Santykinės koncentracijos yra išreikštos procentais, kaip nurodyta ankstesniame skyriuje. Šie vienetai yra suskirstyti į masės procentus, tūrio procentus ir masės procentus ir apskaičiuojami taip:

- masės% = tirpios medžiagos masė (g) / bendrojo tirpalo masė (g) x 100

- tūrio procentas = ištirpintos medžiagos tūris (ml) / bendro tirpalo tūris (ml) x 100

- masės% / tūris = ištirpintos medžiagos masė (g) / bendrojo tirpalo tūris (ml) x 100

Tokiu atveju norint apskaičiuoti viso tirpalo masę ar tūrį, reikia pridėti tirpios medžiagos masę ar tūrį kartu su tirpikliu.

Praskiestos koncentracijos vienetai

Praskiestos koncentracijos vienetai yra tie, kurie naudojami išreikšti toms labai mažoms koncentracijoms, kurios yra pėdsakų praskiestame tirpale; Dažniausiai šiems įrenginiams naudojama aptikti vienoje dujoje, tokioje kaip oras, pėdsakų.

Šie vienetai yra išvardyti dalimis milijonui (ppm), dalimis milijardui (ppb) ir dalimis trilijonui (ppt) ir yra išreiškiami taip:

- ppm = 1 mg tirpinto / 1 l tirpalo

- ppb = 1 μg tirpinto / 1 l tirpalo

- ppt = 1 ng tirpinto / 1 l tirpalo

Šiose išraiškose mg yra lygi miligrams (0,001 g), μg yra lygi mikrogramams (0,000001 g), o ng yra lygus nanogramams (0,000000001 g). Šie vienetai taip pat gali būti išreikšti tūrio / tūrio santykiais.

Koncentracijos vienetai kaip apgamų funkcija

Koncentracijos vienetai, pagrįsti moliais, yra molio frakcija, molinis procentas, moliškumas ir moliškumas (pastarieji du yra geriau aprašyti straipsnio pabaigoje).

Medžiagos molinė frakcija yra visų ją sudarančių molekulių (arba atomų) frakcija kaip visų molekulių ar atomų funkcija. Jis apskaičiuojamas taip:

X _A = medžiagos A molių skaičius / bendras molių skaičius tirpale

Ši procedūra pakartojama kitoms tirpalo medžiagoms, atsižvelgiant į tai, kad X _A + X _B + X _C … suma turi būti lygi vienai.

Molinis procentas apskaičiuojamas panašiai kaip X _A , tik procentais:

Molinis procentas A = X _A x 100%

Paskutiniame skyriuje bus išsamiai aptarta moliškumas ir moliškumas.

Formalumas ir normalumas

Galiausiai yra du koncentracijos vienetai, kurie šiuo metu nebenaudojami: formalumas ir normalumas.

Tirpalo formalumas parodo svorio formulės gramų skaičių litre bendro tirpalo. Jis išreiškiamas taip:

F = Ne. PFG / L tirpalas

Šioje išraiškoje PFG yra lygus kiekvieno medžiagos atomo svoriui, išreikštam gramais.

Vietoj to normalumas parodo tirpių ekvivalentų skaičių, padalytą iš litro tirpalo, kaip išreikšta žemiau:

N = ekvivalento gramų ištirpinto / L tirpalo

Minėtoje išraiškoje ekvivalentiniai ištirpintos medžiagos gramai gali būti apskaičiuojami pagal H ⁺ , OH ^- arba kitų metodų skaičių, atsižvelgiant į molekulės tipą.

Molariškumas

Tirpintos medžiagos molingumas arba molinė koncentracija yra cheminės koncentracijos vienetas, išreiškiantis ar susiejantis tirpintos medžiagos (n) molius, esančius viename (1) litre (L) tirpalo.

Molekuliškumas žymimas didžiąja raide M, o norint nustatyti tirpios medžiagos molius (n), tirpintos medžiagos gramai (g) yra padalijami iš tirpios medžiagos molekulinės masės (MW).

Panašiai tirpios medžiagos molekulinė masė MW gaunama iš cheminių elementų atominių svorių (PA) arba atominės masės sumos, atsižvelgiant į proporciją, kurioje jie sujungiami, kad būtų tirpioji medžiaga. Taigi skirtingi tirpikliai turi savo PM (nors tai ne visada būna).

Šie apibrėžimai yra apibendrinti šiose formulėse, naudojamose atliekant atitinkamus skaičiavimus:

Moliškumas: M = n (tirpios medžiagos moliai) / V (tirpalo litras)

Molių skaičius: n = ištirpintos medžiagos g / MW

1 pratimas

Apskaičiuokite tirpalo, paruošto su 45 g Ca (OH) _2, ištirpinto 250 ml vandens, moliškumą .

Pirmas dalykas, kurį reikia apskaičiuoti, yra Ca (OH) ₂ (kalcio hidroksido) molekulinė masė . Pagal savo cheminę formulę junginys yra sudarytas iš kalcio katijono ir dviejų hidroksilo anijonų. Čia elektronų, mažesnių ar papildomų rūšių, svoris yra nežymus, todėl atomų svoriai yra imami:

Šaltinis: Gabrielis Bolívaras

Tuomet tirpintos molių skaičius bus toks:

n = 45 g / (74 g / mol)

n = 0,61 mol Ca (OH) ₂

Gaunama 0,61 molio tirpios medžiagos, tačiau svarbu atsiminti, kad šie moliai yra ištirpinti 250 ml tirpalo. Kadangi moliškumo apibrėžimas yra moliai litre arba 1000 ml, tada, norint apskaičiuoti molius, esančius minėtame tirpale, yra 1 ml, reikia sudaryti paprastą trijų taisyklių taisyklę.

Jei 250 ml tirpalo yra => 0,61 mol tirpintos medžiagos

1000 ml tirpalo => x Kiek yra apgamų?

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

X = 2,44 M (mol / L)

Kitas būdas

Kitas būdas apgamams gauti, naudojant formulę, reikalauja, kad 250 ml tūrio tūris būtų išpilamas litrais, taip pat taikant trijų taisyklių taisyklę:

Jei 1000 ml => yra 1 litras

250 ml => x Kiek litrų jie yra?

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

x = 0,25 L

Tada pakeisdami molekuliškumo formulę:

M = (0,61 mol tirpintos) / (0,25 l tirpalo)

M = 2,44 mol / L

2 pratimas

Ką reiškia, kad HCl tirpalas yra 2,5 M?

HCl tirpalas yra 2,5 molio, tai yra, vienas litras jo yra ištirpęs 2,5 molio druskos rūgšties.

Normalus

Normalumas arba lygiavertė koncentracija yra tirpalų cheminės koncentracijos vienetas, žymimas didžiąja raide N. Šis koncentracijos vienetas rodo tirpintos medžiagos reaktyvumą ir yra lygus ištirpintos medžiagos ekvivalento skaičiui (Eq), padalytam iš tirpalo tūrio, išreikšto litrais.

N = Eq / L

Ekvivalentų skaičius (Eq) yra lygus tirpios medžiagos gramams, padalytam iš ekvivalento svorio (PEq).

Eq = g tirpintos medžiagos / PEq

Ekvivalentinis svoris, arba dar vadinamas gramų ekvivalentu, apskaičiuojamas gaunant tirpios medžiagos molekulinę masę ir padalijant ją iš ekvivalento koeficiento, kuris apibendrinant lygtį vadinamas delta zeta (ΔZ).

PEq = PM / ΔZ

Skaičiavimas

Normalumo apskaičiavimas turės labai specifinį ekvivalento koeficiento arba ΔZ pokytį, kuris taip pat priklauso nuo cheminės reakcijos, kurioje dalyvauja išsiskyrusi ar reaktyvi rūšis, tipo. Keli šio skirtumo atvejai gali būti paminėti toliau:

-Kai tai yra rūgšties arba bazės prisijungimo, ΔZ arba ekvivalentas faktorius, bus lygus vandenilio jonų skaičius (H ⁺ ) arba hidroksilo OH ^- , kad tirpinio turi. Pavyzdžiui, sieros rūgštis (H ₂ SO ₄ ) turi du ekvivalentus, nes ji turi du rūgščius protonus.

- Kai kalbama apie oksidacijos-redukcijos reakcijas, ΔZ atitiks elektronų, dalyvaujančių oksidacijos ar redukcijos procese, skaičių, atsižvelgiant į konkretų atvejį. Čia reikia subalansuoti chemines lygtis ir apibrėžti reakciją.

-Taip pat, šis ekvivalentinis koeficientas arba ΔZ atitiks jonų, kurie iškrenta reakcijose, klasifikuojamose kaip krituliai, skaičių.

1 pratimas

Nustatykite 185 g Na ₂ SO ₄ , esančio 1,3 l tirpalo, normalumą .

Pirmiausia bus apskaičiuota tirpale esančios tirpiosios medžiagos molekulinė masė:

Šaltinis: Gabrielis Bolívaras

Antras žingsnis - apskaičiuoti ekvivalentinį koeficientą arba ΔZ. Kadangi natrio sulfatas yra druska, bus atsižvelgiama į katijono ar metalo Na ⁺ valentingumą ar krūvį , kuris bus padaugintas iš 2, kuris yra druskos arba tirpios cheminės formulės požymis:

Na ₂ SO ₄ => ∆Z = Valensijos katijonas x indeksas

∆Z = 1 x 2

Norint gauti lygiavertį svorį, jis pakeičiamas atitinkama lygtimi:

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

PEq = 71,02 g / ekv

Ir tada galite apskaičiuoti ekvivalentų skaičių, vėl pasinaudodami kitu paprastu skaičiavimu:

Ek = (185 g) / (71,02 g / ekv)

Ekvivalentų skaičius = 2,605 Eq

Galiausiai, turint visus reikalingus duomenis, normalumas dabar apskaičiuojamas pakeičiant pagal apibrėžimą:

N = 2,605 ekv / 1,3 l

N = 2,0 N

Molališkumas

Moliškumas žymimas mažosiomis raidėmis m ir yra lygus tirpios medžiagos moliams, esantiems viename (1) kilograme tirpiklio. Jis taip pat žinomas kaip molinė koncentracija ir apskaičiuojamas pagal šią formulę:

m = ištirpintos medžiagos moliai / kg tirpiklio

Nors moliškumas nustato tirpios medžiagos molių, esančių viename (1) litre tirpalo, santykį, moliškumas susijęs su tirpios medžiagos moliais, esančiais viename (1) kilograme tirpiklio.

Tais atvejais, kai tirpalas yra paruoštas su daugiau nei vienu tirpikliu, moliškumas išreikš tą patį tirpios medžiagos molį viename tirpiklio mišinio kilograme.

1 pratimas

Nustatykite tirpalo, kuris buvo paruoštas sumaišius 150 g sacharozės (C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ ) su 300 g vandens, moliškumą .

Pirmiausia nustatoma sacharozės molekulinė masė, kad būtų galima apskaičiuoti tirpale esančio tirpalo molius:

Šaltinis: Gabrielis Bolívaras

Apskaičiuojamas sacharozės molių skaičius:

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

n = 0,438 mol sacharozės

Tada, norint pritaikyti galutinę formulę, tirpiklio gramai paverčiami kilogramais.

Pakaitinis tada:

m = 0,438 mol sacharozės / 0,3 kilogramo vandens

m = 1,46 mol C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ / kg H ₂ O

Nors šiuo metu vyksta diskusijos dėl galutinės moralės išraiškos, šį rezultatą taip pat galima išreikšti taip:

1,26 m C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ arba 1,26 molio

Kartais laikoma naudinga tirpalo koncentraciją išreikšti molariškumu, nes tirpios medžiagos ir tirpiklio masė nepatiria nedidelių svyravimų ar nepastebimų pokyčių dėl temperatūros ar slėgio; kaip tai vyksta tirpaluose, kuriuose yra dujinių tirpių.

Be to, pabrėžiama, kad šis koncentracijos vienetas, nurodytas konkrečiai tirpiai, nekinta tuo, kad tirpale yra kitų tirpių medžiagų.

Cheminės koncentracijos rekomendacijos ir svarbios pastabos

Tirpalo tūris visada yra didesnis nei tirpiklio

Kai tirpalo uždaviniai yra išspręsti, kyla klaida interpretuojant tirpalo tūrį taip, lyg jis būtų tirpiklio tūris. Pavyzdžiui, jei vienas gramas šokolado miltelių ištirpinamas viename litre vandens, tirpalo tūris nėra lygus vieno litro vandens tūriui.

Kodėl gi ne? Nes tirpiklis visada užims tarpą tarp tirpiklio molekulių. Kai tirpiklis turi didelę afinitetą tirpiai, tūrio pokytis ištirpus gali būti nereikšmingas arba nereikšmingas.

Bet jei ne, o dar daugiau, jei tirpios medžiagos kiekis yra didelis, reikia atsižvelgti į tūrio pokytį. Būti tokiu būdu: „Vsolvent“ + „Vsolute“ = „Vsolution“. Tik praskiestuose tirpaluose arba ten, kur tirpių medžiagų kiekis yra mažas, galioja Vsolvent = Vsolution.

Šią klaidą reikėtų atsiminti, ypač dirbant su skystais tirpikliais. Pvz., Jei užuot ištirpinę šokolado miltelius, medų ištirpinate alkoholyje, pridėtas medaus tūris turės pastebimą poveikį bendram tirpalo tūriui.

Todėl tokiais atvejais tirpalo tūris turi būti pridedamas prie tirpiklio tūrio.

Moralumo naudingumas

- Koncentruoto tirpalo moliškumo žinojimas leidžia atlikti skiedimo skaičiavimus, naudojant paprastą formulę: M1V1 = M2V2, kur M1 atitinka pradinį tirpalo moliškumą, o M2 - tirpalo, kurį reikia paruošti iš tirpalo, molarumą. su M1.

-Žinant sprendimo tirpumą, jo normalumą galima lengvai apskaičiuoti pagal šią formulę: normalumas = ekvivalento skaičius x M

Formulės nėra įsimenamos, bet vienetai ar apibrėžimai yra

Tačiau kartais bandant atsiminti visas lygtis, susijusias su koncentracijos apskaičiavimu, pritrūksta atminties. Tam labai naudinga labai aiškiai apibrėžti kiekvieną sąvoką.

Pradedant apibrėžimu, vienetai rašomi naudojant konvertavimo koeficientus, kad būtų išreikšti tie, kurie atitinka tai, kas turi būti nustatyta.

Pvz., Jei turite molališkumą ir norite jį konvertuoti į normalų, atlikite šiuos veiksmus:

(mol / kg tirpiklio) x (kg / 1000 g) (g tirpiklio / ml) (ml tirpiklio / ml tirpalo) (1000 ml / l) (ekv / mol)

Atkreipkite dėmesį, kad (g tirpiklio / ml) yra tirpiklio tankis. Terminas (ml tirpiklio / ml tirpalo) reiškia, kiek tirpalo tūrio atitinka tirpiklį. Daugelyje pratimų ši praktinė priežastis lygi 1, nors ji niekada nėra visiškai teisinga.

Nuorodos

1. Įvadinė chemija - 1 ^-asis Kanados leidimas. Kiekybiniai koncentracijos vienetai. 11 skyrius. Sprendimai. Paimta iš: opentextbc.ca
2. Vikipedija. (2018 m.). Lygiavertė koncentracija. Paimta iš: en.wikipedia.org
3. „PharmaFactz“. (2018 m.). Kas yra molarity? Paimta iš: pharmafactz.com
4. Whittenas, Davisas, Peckas ir Stanley. Chemija. (8-asis leidimas). CENGAGE mokymasis, p. 101–103, 512, 513.
5. Vandeniniai tirpalai - moliškumas. Paimta iš: chem.ucla.edu
6. Quimicas.net (2018). Normalumo pavyzdžiai. Atkurta iš: quimicas.net.