KEMISK KONCENTRATION: EKSPRESSION, ENHEDER, MOLALITET - KEMI - 2025

Den kemiske koncentration er det numeriske mål for den relative mængde opløst stof i en opløsning. Denne måling udtrykker et forhold mellem opløsningen og en mængde eller volumen af ​​opløsningsmidlet eller opløsningen i koncentrationsenheder. Udtrykket "koncentration" er relateret til mængden af ​​til stede stof: en opløsning vil være mere koncentreret, jo mere opløst den har.

Disse enheder kan være fysiske, når masser og / eller volumen af ​​komponenterne i opløsningen eller kemikalierne tages i betragtning, når koncentrationen af ​​det opløste stof udtrykkes i form af dets mol eller ækvivalenter, idet Avogadros nummer tages som reference.

Af Leiem fra Wikimedia Commons

Ved hjælp af molekylære eller atomvægte og Avogadros antal er det således muligt at omdanne fysiske enheder til kemiske enheder, når man udtrykker koncentrationen af ​​et givet opløst stof. Derfor kan alle enheder konverteres til den samme løsning.

Fortyndede og koncentrerede opløsninger

Hvordan kan du se, om en koncentration er meget fortyndet eller koncentreret? Ved første øjekast ved manifestation af nogen af ​​dets organoleptiske eller kemiske egenskaber; det vil sige dem, som sanserne opfatter, eller som kan måles.

De øvre billede viser en udvanding af en koncentration af kaliumdichromat (K ₂ Cr ₂ O ₇), som udviser en orange farve. Fra venstre mod højre kan du se, hvordan farven falder i intensitet, efterhånden som koncentrationen fortyndes, hvilket tilføjer mere opløsningsmiddel.

Denne fortynding gør det muligt at opnå på denne måde en fortyndet koncentration fra en koncentreret. Farven (og andre "skjulte" egenskaber i dens orange kerne) ændres på samme måde som dens koncentration, enten med fysiske eller kemiske enheder.

Men hvad er de kemiske koncentrationsenheder? Blandt dem er molariteten eller molkoncentrationen af ​​en opløsning, der angiver mol opløst stof med det samlede volumen af ​​opløsningen i liter.

Der er også molalitet eller også kaldet molkoncentration, der henviser til mol opløst stof, men som er indeholdt i en standardiseret mængde opløsningsmiddel eller opløsningsmiddel, der er nøjagtigt et kilogram.

Dette opløsningsmiddel kan være rent, eller hvis opløsningen indeholder mere end et opløsningsmiddel, vil molaliteten være mol opløsningen pr. Kg opløsningsmiddelblanding.

Og den tredje enhed med kemisk koncentration er normaliteten eller den normale koncentration af en opløsning, der udtrykker antallet af kemiske ækvivalenter af opløsningen pr. Liter opløsningen.

Enheden, i hvilken normalitet udtrykkes, er i ækvivalenter pr. Liter (ækv / l), og inden for medicinen udtrykkes koncentrationen af ​​elektrolytter i humant serum i milliekvivalenter pr. Liter (mEq / l).

Måder at udtrykke koncentration på

Koncentrationen af ​​en løsning kan betegnes på tre hovedmåder, selvom de selv har en lang række forskellige udtryk og enheder, der kan bruges til at udtrykke målene for denne værdi: kvalitativ beskrivelse, kvantitativ notation og klassificering i termer opløselighed.

Afhængigt af sproget og konteksten, som du arbejder på, vil en af ​​tre måder blive valgt til at udtrykke koncentrationen af ​​en blanding.

Kvalitativ beskrivelse

Anvendes hovedsageligt på uformelt og ikke-teknisk sprog, udtrykkes den kvalitative beskrivelse af koncentrationen af ​​en blanding i form af adjektiver, som generelt angiver det koncentrationsniveau, en opløsning har.

Således er minimumskoncentrationsniveauet ifølge den kvalitative beskrivelse niveauet for en "fortyndet" opløsning, og det maksimale er niveauet for "koncentreret".

Vi taler om fortyndede opløsninger, når en opløsning har en meget lav andel af opløst stof som en funktion af det samlede volumen af ​​opløsningen. Hvis du vil fortynde en opløsning, skal du tilføje mere opløsningsmiddel eller finde en måde at reducere opløsningen på.

Nu taler vi om koncentrerede opløsninger, når de har en høj andel opløst stof som en funktion af det samlede opløsningsmængde. For at koncentrere en opløsning tilsættes mere opløst stof eller reducer mængden af ​​opløsningsmiddel.

I denne forstand kaldes denne klassificering kvalitativ beskrivelse, ikke kun fordi den mangler matematiske målinger, men på grund af dens empiriske kvalitet (den kan tilskrives visuelle træk, lugt og smag uden behov for videnskabelige prøver).

Klassificering efter opløselighed

Opløseligheden af ​​en koncentration angiver den maksimale kapacitet af opløst stof, som en opløsning har, afhængigt af betingelser såsom temperatur, tryk og de stoffer, der er opløst eller i suspension.

Opløsninger kan klassificeres i tre typer i henhold til deres niveau af opløst opløst stof på målingstidspunktet: umættede, mættede og overmættede opløsninger.

- Umættede opløsninger er dem, der indeholder en mindre mængde opløst stof, end opløsningen kan opløses. I dette tilfælde har opløsningen ikke nået sin maksimale koncentration.

- Mættede opløsninger er dem, hvor den maksimale mængde opløst stof er opløst i opløsningsmidlet ved en bestemt temperatur. I dette tilfælde er der en balance mellem begge stoffer, og opløsningen kan ikke acceptere mere opløst stof (da det vil udfældes).

- De overmættede opløsninger har mere opløst stof, end opløsningen ville acceptere under ligevægtsbetingelser. Dette opnås ved at opvarme en mættet opløsning, tilsætte mere opløst stof end normalt. Når den er kold, udfælder den ikke opløsningen automatisk, men enhver forstyrrelse kan forårsage denne effekt på grund af dens ustabilitet.

Kvantitativ notation

Når man studerer en løsning, der skal anvendes inden for det tekniske eller videnskabelige område, kræves der en måling og udtryk i nøjagtighed, der beskriver koncentrationen i henhold til dens nøjagtige værdier for masse og / eller volumen.

Dette er grunden til, at der er en række enheder, der bruges til at udtrykke koncentrationen af ​​en løsning i dens kvantitative notation, der er opdelt i fysisk og kemisk, og som igen har deres egne underafdelinger.

Enhederne for fysiske koncentrationer er de med "relativ koncentration", der udtrykkes i procentdel. Der er tre måder at udtrykke procentvis koncentration på: masseprocent, volumenprocent og massevolumen.

I stedet er enheder med kemiske koncentrationer baseret på molære mængder, gramækvivalenter, dele pr. Million og andre egenskaber for det opløste stof i forhold til opløsningen.

Disse enheder er de mest almindelige på grund af deres høje præcision, når man måler koncentrationer, og derfor er de normalt de, som man vil vide, når man arbejder med kemiske løsninger.

Koncentrationsenheder

Som beskrevet i de foregående afsnit skal beregningerne styres af de eksisterende enheder til dette formål, når de kvantitativt karakteriserer koncentrationen af ​​en løsning.

Ligeledes er koncentrationsenhederne opdelt i enheder med relativ koncentration, koncentrationer af fortyndede koncentrationer, enheder baseret på mol og yderligere enheder.

Relative koncentrationsenheder

Relative koncentrationer er dem, der udtrykkes i procentdel, som nævnt i det foregående afsnit. Disse enheder er opdelt i massemasseprocent, volumenvolumenprocent og massevolumenprocent og beregnes som følger:

-% masse = masse opløst (g) / masse af total opløsning (g) x 100

- volumen% = volumen opløst (ml) / volumen total opløsning (ml) x 100

-% masse / volumen = masse opløst (g) / volumen af ​​den samlede opløsning (ml) x 100

I dette tilfælde skal massen eller volumenet af det opløste stof tilsættes opløsningsmidlets masse til at beregne massen eller volumenet.

Enheder med fortyndet koncentration

Enhederne til fortyndet koncentration er de, der bruges til at udtrykke de meget små koncentrationer, der er i form af spor inden for en fortyndet opløsning; den mest almindelige anvendelse for disse enheder er at finde spor efter en gas opløst i en anden, såsom agenser, der forurener luften.

Disse enheder er opført i form af dele pr. Million (ppm), dele pr. Milliard (ppb) og dele pr. Billion (ppt) og udtrykkes som følger:

- ppm = 1 mg opløsning / 1 liter opløsning

- ppb = 1 μg opløsning / 1 L opløsning

- ppt = 1 ng opløsningsmiddel / 1 L opløsning

I disse udtryk er mg lig med milligram (0,001 g), μg er lig med mikrogram (0,000001 g), og ng er lig med nanogram (0,00000000001 g). Disse enheder kan også udtrykkes i form af lydstyrke / lydstyrke.

Koncentrationsenheder som en funktion af mol

Koncentrationsenhederne, der er baseret på mol, er dem for molfraktionen, molprocent, molaritet og molalitet (de sidstnævnte to er bedre beskrevet i slutningen af ​​artiklen).

Molfraktionen af ​​et stof er fraktionen af ​​alle dets bestanddele molekyler (eller atomer) som en funktion af de samlede molekyler eller atomer. Det beregnes som følger:

X _A = antal mol mol stof A / total antal mol i opløsning

Denne procedure gentages for de andre stoffer i opløsningen under hensyntagen til, at summen af ​​X _A + X _B + X _C… skal være lig med et.

Moleprocenten arbejdes på lignende måde som X _A, kun i procent:

Molprocent af A = X _A x 100%

Det sidste afsnit vil drøfte molaritet og molalitet detaljeret.

Formalitet og normalitet

Endelig er der to koncentrationsenheder, der i øjeblikket misbruges: formalitet og normalitet.

Formaliteten af ​​en opløsning repræsenterer antallet af vægtformel-gram pr. Liter total opløsning. Det udtrykkes som:

F = Nej. PFG / L-opløsning

I dette udtryk er PFG lig med vægten af ​​hvert atom i stoffet, udtrykt i gram.

I stedet repræsenterer normalitet antallet af opløst ækvivalenter divideret med liter opløsning, som udtrykt nedenfor:

N = ækvivalent gram opløst / L opløsning

I nævnte ekspression kan de ækvivalente gram opløst stof beregnes ved antallet af mol H ⁺, OH ^- eller andre metoder, afhængigt af typen af ​​molekyle.

molaritet

Molariteten eller molkoncentrationen af ​​et opløst stof er den kemiske koncentrationsenhed, der udtrykker eller relaterer molerne af det opløste stof (n), der er indeholdt i en (1) liter (L) af opløsningen.

Molaritet er udpeget med store bogstaver M og for at bestemme molen af ​​opløst stof (n) divideres gram af opløst stof (g) med molekylvægten (MW) af det opløste.

Ligeledes opnås molekylvægten MW af det opløste stof fra summen af ​​atomvægtene (PA) eller atommassen af ​​de kemiske elementer under hensyntagen til den andel, i hvilken de kombineres for at danne det opløste stof. Således har forskellige opløsningsmidler deres egen PM (selvom dette ikke altid er tilfældet).

Disse definitioner opsummeres i de følgende formler, der bruges til at udføre de tilsvarende beregninger:

Molaritet: M = n (mol opløst stof) / V (liter opløsning)

Antal mol: n = g opløst stof / MW opløst

Øvelse 1

Beregn molariteten i en opløsning, der fremstilles med 45 g Ca (OH) ₂ opløst i 250 ml vand.

Den første ting, der skal beregnes, er molekylvægten af ​​Ca (OH) ₂ (calciumhydroxid). Ifølge dens kemiske formel består forbindelsen af ​​en kalsiumkation og to hydroxylanioner. Her er vægten af ​​et elektron mindre eller yderligere for arten ubetydelig, så atomvægterne tages:

Kilde: Gabriel Bolívar

Antallet af mol af det opløste stof vil derefter være:

n = 45 g / (74 g / mol)

n = 0,61 mol Ca (OH) ₂

Der opnås 0,61 mol opløst stof, men det er vigtigt at huske, at disse mol ligger opløst i 250 ml opløsning. Da definitionen af ​​molaritet er mol i en liter eller 1000 ml, skal der derefter foretages en simpel regel på tre for at beregne mol, der er i 1000 ml af nævnte opløsning

Hvis der i 250 ml opløsning findes => 0,61 mol opløst stof

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

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

X = 2,44 M (mol / L)

Anden måde

Den anden måde at få mol til at anvende formlen kræver, at 250 ml bringes til liter, og anvender også en regel på tre:

Hvis 1000 ml => er 1 liter

250 ml => x Hvor mange liter er de?

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

x = 0,25 l

Således erstattes det med molaritetsformlen:

M = (0,61 mol opløst stof) / (0,25 L opløsning)

M = 2,44 mol / l

Øvelse 2

Hvad betyder det for en HCl-opløsning at være 2,5 M?

HCI-opløsningen er 2,5 molær, dvs. en liter af den har opløst 2,5 mol saltsyre.

Normal

Normaliteten eller den tilsvarende koncentration er den kemiske koncentrationsenhed for de opløsninger, der er betegnet med store bogstaver N. Denne koncentrationsenhed angiver reaktiviteten af ​​det opløste stof og er lig med antallet af ækvivalenter opløst stof (Eq) divideret med volumenet af opløsningen udtrykt i liter.

N = Æg / L

Antallet af ækvivalenter (ækv.) Er lig med gram opløst stof divideret med ækvivalentvægten (PEq).

Æg = g opløst / PEq

Den ækvivalente vægt, eller også kendt som gramækvivalent, beregnes ved at opnå molekylvægten af ​​det opløste stof og dele det med en ækvivalent faktor, der med henblik på opsummering i ligningen kaldes delta zeta (ΔZ).

PEq = PM / ΔZ

Beregning

Beregningen af ​​normalitet vil have en meget specifik variation i den ækvivalente faktor eller ΔZ, som også afhænger af den type kemiske reaktion, hvori den opløste eller reaktive art deltager. Nogle tilfælde af denne variation kan nævnes nedenfor:

-Når det er en syre eller base, vil ΔZ eller den ækvivalente faktor være lig med antallet af hydrogenioner (H ⁺) eller hydroxyl OH ^- som det opløste stof har. For eksempel svovlsyre (H ₂ SO ₄) har to ækvivalenter fordi det har to sure protoner.

-Når det kommer til oxidationsreduktionsreaktioner, vil ΔZ svare til antallet af elektroner, der er involveret i oxidations- eller reduktionsprocessen, afhængigt af det specifikke tilfælde. Her spiller balancering af kemiske ligninger og specifikationen af ​​reaktionen i spil.

-Også denne ækvivalente faktor eller ΔZ svarer til antallet af ioner, der udfældes i reaktioner klassificeret som nedbør.

Øvelse 1

Bestemme normaliteten af 185 g Na ₂ SO ₄ findes i 1,3 liter af en opløsning.

Molekylvægten af ​​det opløste stof i denne opløsning beregnes først:

Kilde: Gabriel Bolívar

Det andet trin er at beregne den ækvivalente faktor eller ΔZ. I dette tilfælde, da natriumsulfat er et salt, vil valensen eller ladningen af ​​kationen eller metal Na ^{+ blive overvejet}, hvilket ganges med 2, som er underskriften til den kemiske formel for saltet eller opløsningen:

Na ₂ SO ₄ => ∆Z = Valencia Cation x Subscript

∆Z = 1 x 2

For at opnå den ækvivalente vægt er den substitueret i dens respektive ligning:

PEq = (142,039 g / mol) / (2 ækv. / Mol)

PEq = 71,02 g / ækv

Og så kan du fortsætte med at beregne antallet af ækvivalenter og igen tage til en anden enkel beregning:

Ækvivalent = (185 g) / (71,02 g / ækv.)

Antal ækvivalenter = 2,605 ækv

Endelig med alle de nødvendige data beregnes nu normalitet ved at erstatte i henhold til dens definition:

N = 2,605 ækv. / 1,3 l

N = 2,0 N

molaliteten

Molalitet betegnes med små bogstaver m og er lig med mol opløst stof, der er til stede i et (1) kg opløsningsmiddel. Det er også kendt som molekoncentration og beregnes ved hjælp af følgende formel:

m = mol opløst stof / kg opløsningsmiddel

Mens molaritet fastlægger forholdet mellem mol opløst stof indeholdt i en (1) liter af opløsningen, relaterer molaliteten mol opløst stof, der findes i et (1) kg opløsningsmiddel.

I de tilfælde, hvor opløsningen fremstilles med mere end et opløsningsmiddel, udtrykker molaliteten de samme mol opløst stof pr. Kg opløsningsmiddelblanding.

Øvelse 1

Bestemme molaliteten af en opløsning, der blev fremstillet ved blanding af 150 g saccharose (C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁) med 300 g vand.

Molekylvægten af ​​saccharose bestemmes først for at fortsætte med at beregne mol opløst stof i denne opløsning:

Kilde: Gabriel Bolívar

Antallet af mol saccharose beregnes:

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

n = 0,438 mol sucrose

Derefter omdannes gram opløsningsmiddel til kilogram for at anvende den endelige formel.

I stedet for:

m = 0,438 mol sucrose / 0,3 kg vand

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

Selv om der i øjeblikket er en debat om det endelige udtryk for molalitet, kan dette resultat også udtrykkes som:

1,26 m C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ eller 1,26 molal

Det betragtes sommetider som fordelagtigt at udtrykke koncentrationen af ​​opløsningen med hensyn til molalitet, da masserne af det opløste og opløsningsmidlet ikke lider under svage svingninger eller uhensigtsmæssige ændringer på grund af virkningerne af temperatur eller tryk; som det sker i opløsninger med gasformigt opløst stof.

Det påpeges endvidere, at denne koncentrationsenhed, der henvises til en bestemt opløst stof, er uændret ved eksistensen af ​​andre opløste stoffer i opløsningen.

Anbefalinger og vigtige bemærkninger om kemisk koncentration

Volumen af ​​opløsningen er altid større end opløsningsmidlets

Når opløsningsøvelserne er løst, opstår fejlen ved at fortolke en opløsnings volumen som om det var opløsningsmidlets. For eksempel, hvis et gram pulveriseret chokolade opløses i en liter vand, er opløsningsmængden ikke lig med en liter vand.

Hvorfor ikke? Fordi opløsningen altid vil optage plads mellem opløsningsmiddelmolekylerne. Når opløsningsmidlet har en høj affinitet for opløsningen, kan ændringen i volumen efter opløsning være ubetydelig eller ubetydelig.

Men hvis ikke, og endnu mere, hvis mængden af ​​opløst stof er stor, skal ændringen i volumen tages i betragtning. At være på denne måde: Vsolvent + Vsolute = Vsolution. Kun i fortyndede opløsninger, eller hvor mængderne af opløst stof er små, er gyldigt Vsolvent = Vsolution.

Denne fejl skal huskes, især når man arbejder med flydende opløsningsmidler. For eksempel, hvis i stedet for at opløse chokoladepulver, opløse honning i alkohol, vil volumenet af honning, der tilsættes, have en betydelig indflydelse på det totale volumen af ​​opløsningen.

Derfor skal volumenet af opløst stof i disse tilfælde sættes til opløsningsmidlets volumen.

Nytten af ​​molaritet

-Kendte molariteten i en koncentreret opløsning gør det muligt at foretage fortyndingsberegninger ved hjælp af den enkle formel M1V1 = M2V2, hvor M1 svarer til den indledende molaritet i opløsningen og M2, molariteten i den opløsning, der skal fremstilles ud fra opløsningen med M1.

-Kender man en løsnings molaritet, kan dens normalitet let beregnes ved hjælp af følgende formel: Normalitet = antal ækvivalenter x M

Formlerne er ikke husket, men enhederne eller definitionerne er

Nogle gange mislykkes hukommelsen, når man prøver at huske alle ligninger, der er relevante for koncentrationsberegninger. Til dette er det meget nyttigt at have en meget klar definition af hvert koncept.

Fra definitionen skrives enhederne ved hjælp af konverteringsfaktorer til at udtrykke dem, der svarer til det, der skal bestemmes.

For eksempel, hvis du har molalitet, og du vil konvertere den til normal, skal du fortsætte som følger:

(mol / kg opløsningsmiddel) x (kg / 1000 g) (g opløsningsmiddel / ml) (ml opløsningsmiddel / ml opløsning) (1000 ml / l) (Eq / mol)

Bemærk, at (g opløsningsmiddel / ml) er densiteten af ​​opløsningsmidlet. Udtrykket (ml opløsningsmiddel / ml opløsning) henviser til, hvor meget volumen af ​​opløsningen der faktisk svarer til opløsningsmidlet. I mange øvelser er denne sidste periode af 1 af praktiske grunde, selvom det aldrig er helt sandt.

Referencer

1. Indledende Kemi- 1 ^st Canadian Edition. Kvantitative enheder af koncentration. Kapitel 11 Løsninger. Taget fra: opentextbc.ca
2. Wikipedia. (2018). Ækvivalent koncentration. Taget fra: en.wikipedia.org
3. PharmaFactz. (2018). Hvad er molaritet? Taget fra: pharmafactz.com
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemi. (8. udgave). CENGAGE Learning, s 101-103, 512, 513.
5. Vandige opløsninger-molaritet. Taget fra: chem.ucla.edu
6. Quimicas.net (2018). Eksempler på normalitet. Gendannet fra: quimicas.net.