Седьмой класс → Solutions and Solubility ↓
Концентрация растворов
В химии раствор — это тип смеси, в которой одно вещество растворяется в другом. Вещество, которое растворяется, называется растворённое вещество, а вещество, в котором оно растворяется, — растворитель. Вместе они образуют однородную смесь, что означает, что она имеет однородный внешний вид и состав.
Что такое концентрация?
Концентрация раствора говорит нам о том, сколько растворённого вещества содержится в данном количестве растворителя или раствора. Понимание концентрации важно, потому что она помогает определить, насколько сильный или слабый раствор. Например, в повседневной жизни вас может волновать концентрация сахара в вашем кофе или концентрация соли в вашем супе.
Почему концентрация важна?
Концентрации важны в различных областях. В медицине правильные концентрации лекарств необходимы для их эффективности и безопасности. В науке об окружающей среде концентрации загрязняющих веществ в воздухе или воде помогают определить, представляют ли они угрозу для людей и дикой природы. Даже в кулинарии знание концентраций ингредиентов может повлиять на вкус и текстуру пищи!
Способы выражения концентрации
Существует несколько способов выражения концентрации:
- Массовый процент: Масса растворённого вещества делится на общую массу раствора и умножается на 100.
- Объёмный процент: Объём растворённого вещества делится на общий объём раствора и умножается на 100.
- Молярность (M): Моли растворённого вещества делятся на литры раствора.
- Моляльность (m): Число, полученное делением молей растворённого вещества на килограммы растворителя.
Массовый процент
Формула для массового процента:
Массовый процент = (Масса растворённого вещества / Масса раствора) × 100
Например, если вы растворите 10 г соли в 90 г воды, масса раствора будет равна 100 г. Массовый процент соли в этом растворе:
Массовый процент = (10 г / 100 г) × 100 = 10%
Объёмный процент
Объёмный процент используется, когда и растворённое вещество, и раствор являются жидкостями. Формула для объёмного процента:
Объёмный процент = (Объём растворённого вещества / Объём раствора) × 100
Например, если у вас 30 мл этанола в 70 мл воды, объём раствора будет 100 мл. Объёмный процент этанола:
Объёмный процент = (30 мл / 100 мл) × 100 = 30%
Молярность
Молярность — это один из самых распространённых способов выражения концентрации в химии. Формула для молярности:
Молярность (M) = Моли растворённого вещества / Литры раствора
Например, предположим, что вы растворите 1 моль хлорида натрия (NaCl) в 1 литре воды. Молярность этого раствора:
M = 1 моль / 1 л = 1 M
Моляльность
Моляльность — это мера концентрации, которая не влияет на изменение температуры. Формула для моляльности:
Моляльность (m) = Моли растворённого вещества / Килограммы растворителя
Например, если вы растворите 1 моль сахара в 1 килограмме воды, моляльность сахарного раствора будет:
m = 1 моль / 1 кг = 1 m
Визуализация концентрации
Давайте визуализируем концентрацию с примерами.
В приведенном выше примере каждая колонка представляет собой разный уровень концентрации. Синяя колонка представляет высокую концентрацию растворённого вещества, фиолетовая - среднюю концентрацию, а красная - низкую концентрацию. Чем больше растворённого вещества, тем выше колонка, что указывает на более концентрированный раствор.
Практика на примерах
Давайте рассмотрим несколько примеров, чтобы закрепить наше понимание.
Пример 1: Лимонад
Представьте, что вы делаете лимонад. У вас есть стакан воды, и вы добавляете две чайные ложки сахара. Как вы думаете о концентрации сахара в вашем лимонаде? Сахар — это растворённое вещество, вода — это растворитель, и они вместе образуют раствор. Если добавить больше сахара, лимонад станет более концентрированным.
В приведенном выше примере желтый круг представляет более жидкий лимонад с меньшим количеством сахара, а темно-оранжевый круг представляет более густой лимонад с большим количеством сахара.
Пример 2: Соленая вода
Предположим, у нас есть два стакана с водой. В первый стакан мы растворим одну чайную ложку соли. Во втором стакане мы растворим пять чайных ложек соли. В каком стакане раствор соли более концентрирован?
Первый стакан (светло-голубой) содержит разбавленный раствор, в то время как второй стакан (тёмно-голубой) содержит более концентрированный раствор из-за большего количества растворённого вещества.
Ежедневное применение концентрации
Понимание концентрации помогает нам в повседневных задачах. Вот некоторые приложения:
- Кулинария: Рецепты часто требуют точной концентрации ингредиентов, таких как сахар в торте или уксус в заправке для салата.
- Уборка: Чистящие средства часто концентрируются для удаления стойких пятен.
- Терапия: Дозы лекарств зависят от точной концентрации, чтобы обеспечить их безопасность и эффективность.
- Наука об окружающей среде: Концентрация загрязняющих веществ помогает оценить потенциальный ущерб экосистеме.
Факторы, влияющие на растворимость и концентрацию
Растворимость - это способность растворённого вещества растворяться в растворителе при заданной температуре. Это влияет на концентрацию. Вот некоторые факторы, которые влияют на растворимость:
- Температура: Большинство твердых веществ лучше растворяются в теплых растворителях. Однако газы лучше растворяются в холодных растворителях.
- Давление: Это в основном влияет на газы. При более высоком давлении больше газа может раствориться в жидкости.
- Природа растворённого вещества и растворителя: Некоторые растворённые вещества лучше растворяются в определённых растворителях. Например, сахар хорошо растворяется в воде, но не в масле.
Температура и растворимость
Давайте используем раствор сахара и воды, чтобы объяснить, как температура влияет на растворимость.
На изображении выше каждая колонка показывает, сколько сахара растворяется при разных температурах воды. Холодная вода (светло-зеленый) растворяет наименьшее количество сахара, тогда как горячая вода (тёмно-зелёный) растворяет больше всего сахара.
Заключение
Концентрация растворов — это фундаментальная концепция в химии, которая широко распространена и также очень полезна в повседневной жизни. Концентрация предоставляет нам ценную информацию о составе растворов и влияет на их свойства и использование. От простых задач, таких как ароматизация пищи, до сложных промышленных процессов, концентрация играет важную роль.