Концентрация растворов

Понимание концентрации растворов важно в изучении химии, потому что оно помогает нам узнать, сколько вещества, называемого растворенным веществом, содержится в растворителе. Растворитель — это жидкость, которая растворяет растворенное вещество в виде твердого тела, жидкости или газа для образования раствора. Например, когда соль (растворенное вещество) смешивается с водой (растворитель), она образует солевой раствор.

Что такое раствор?

Раствор — это тип смеси, в которой два или более вещества равномерно распределены. Раствор состоит из двух основных частей:

• Растворитель: вещество, которое растворяет растворенное вещество.
• Растворенное вещество: вещество, которое растворено.

В повседневной жизни растворы часто используются взаимозаменяемо. Например, лимонная вода — это раствор, в котором сахар и лимонный сок являются растворенными веществами, а вода — растворителем.

Измерение концентраций

Концентрация — это мера того, сколько растворенного вещества содержится в заданном объеме растворителя или раствора. Существует много способов выражения концентрации. Давайте обсудим некоторые из них:

1. Массовый процент (весовой процент)

Массовый процент — это способ выражения концентрации, показывающий нам массу растворенного вещества в заданной массе раствора. Он вычисляется по формуле:

Массовый процент (%) = (масса растворенного вещества / масса раствора) × 100

Например, если у вас есть раствор, содержащий 5 граммов соли в 95 граммах воды, масса раствора будет составлять 100 граммов (5 граммов соли + 95 граммов воды). Массовый процент будет:

(5г / 100г) × 100 = 5%

2. Молярность

Молярность — это количество молей растворенного вещества на литр раствора. Это часто используемая единица концентрации в химии, и она определяется по формуле:

Молярность (M) = молей растворенного вещества / литров раствора

Например, если 1 моль соли растворен в 1 литре воды, молярность будет 1 M (один моляр).

3. Моляльность

Моляльность измеряет количество молей растворенного вещества на килограмм растворителя. Это измерение полезно, когда температура изменяется, так как она не изменяется с температурой, в отличие от объемных измерений. Моляльность вычисляется по формуле:

Моляльность (m) = молей растворенного вещества / килограммов растворителя

Например, если в 0,5 кг воды содержится 2 моля сахара, моляльность будет:

2 моля / 0.5 кг = 4 моляльный

4. Объемный процент

Объемный процент используется для растворов, содержащих жидкое растворенное вещество и растворитель, и это объем растворенного вещества в 100 объемах раствора. Он определяется как:

Объемный процент (%) = (объем растворенного вещества / объем раствора) × 100

Например, если вы смешаете 20 мл спирта с 80 мл воды, объем раствора будет 100 мл. Объемный процент спирта:

(20 мл / 100 мл) × 100 = 20%

5. Части на миллион (ppm) и части на миллиард (ppb)

PPM и ppb представляют собой очень разбавленные концентрации веществ. PPM относится к массе растворенного вещества в растворе на миллион частей, а ppb — к массе растворенного вещества в растворе на миллиард частей. PPM вычисляется следующим образом:

PPM = (масса растворенного вещества / масса раствора) × 10^6

А PPB вычисляется следующим образом:

PPB = (масса растворенного вещества / масса раствора) × 10^9

Примеры задач

Пример 1: Вычисление молярности

Предположим, вы растворяете 29 граммов NaCl (поваренной соли) в воде, чтобы сделать 0,5 литра раствора. Вычислите молярность.

Сначала рассчитайте количество молей NaCl. Молекулярная масса NaCl составляет около 58,44 г/моль.

Молей NaCl = масса (г) / молекулярная масса (г/моль) = 29 г / 58,44 г/моль = 0,496 молей

Далее используйте формулу молярности:

Молярность (M) = молей растворенного вещества / литров раствора = 0,496 молей / 0.5 л = 0,992 M

Пример 2: Определение моляльности

Определите моляльность раствора, содержащего 10 г глюкозы (C ₆ H ₁₂ O ₆ ), растворенной в 500 г воды.

Сначала рассчитайте количество молей глюкозы. Молекулярная масса глюкозы составляет примерно 180,18 г/моль.

Молей глюкозы = масса (г) / молекулярная масса (г/моль) = 10 г / 180,18 г/моль = 0,0555 молей

Используйте формулу моляльности:

Моляльность (m) = молей растворенного вещества / килограммов растворителя = 0,0555 молей / 0,5 кг = 0,111 моляльный

Практическая значимость концентрации

Понимание концентрации растворов важно во многих областях. В медицине точная дозировка лекарств зависит от точных концентраций. Экологи контролируют загрязнители в воздухе и воде, используя единицы концентрации, такие как PPM. В кулинарии повара варьируют концентрации растворов, чтобы создать желаемые вкусы и текстуры.

Визуализация концентраций растворов

Представьте, что вы готовите сладкий напиток. Начните с добавления в стакан воды немного сахара. Перемешайте, и это станет раствором. По мере добавления сахара его концентрация увеличивается. Визуализируйте это с помощью диаграммы ниже:

Синие сегменты представляют растворенные вещества, которые становятся меньше пропорционально по мере увеличения концентрации. Эта визуализация помогает понять, как концентрация влияет на состав раствора.

Заключение

Вкратце, концентрация растворов включает в себя различные методы выражения того, сколько растворенного вещества содержится в данном объеме растворителя или раствора. Понимание того, как она вычисляется и представляется, необходимо для работы во многих научных и промышленных областях. Практикуйтесь в использовании этих вычислений, чтобы лучше понять их применение, и применяйте эти принципы в своих исследованиях или экспериментах. Обучение измерению и регулированию концентраций — это фундаментальное умение в химии, которое имеет широкое применение за пределами класса.

Комментарии