Как можно найти концентрацию газа

Печатать книгу

Как найти отношение концентрации газов?

Отношение концентрации газов – это величина, которая часто используется в химических расчетах и анализе. Концентрация газов может быть измерена в разных единицах, таких как проценты, доли, частоты, молярные доли и другие. В этой статье мы рассмотрим, как можно найти отношение концентрации газов, а также предоставим несколько примеров расчетов.

Методы измерения концентрации газов

Прежде чем перейти к расчетам отношения концентрации газов, давайте рассмотрим основные методы измерения концентрации газов:

• Газоанализаторы – это электронные приборы, которые используются для измерения концентрации газов в смеси. Они могут быть дорогостоящими, но обычно дают точные результаты.
• Химические индикаторы – это вещества, которые меняют цвет в зависимости от концентрации определенного газа в воздухе. Они легко используются и относительно недороги. Однако, они могут быть менее точными, чем газоанализаторы.
• Шероховатость – это метод оценки концентрации газов, основанный на ощущении растущей шероховатости языка и рта при наличии большего количества газов в воздухе.

Как найти отношение концентрации газов?

Давайте предположим, что у нас есть два газа – А и В, каждый из которых измерен в молях. Мы хотим найти отношение концентрации газа А к концентрации газа В.

Отношение концентрации газа А к концентрации газа В = Концентрация газа А / Концентрация газа В

Например, если концентрация газа А составляет 4 моля, а концентрация газа В – 2 моля, то отношение концентраций будет равно:

Отношение концентрации газа А к концентрации газа В = 4 моля / 2 моля = 2

Таким образом, отношение концентраций равно 2.

Что еще стоит учитывать при расчете отношения концентрации газов?

При расчете отношения концентрации газов необходимо учитывать следующие моменты:

• Единицы измерения — убедитесь, что концентрация газов была измерена в одинаковых единицах. Если концентрация газа А измерена в молях, а концентрация газа В – в процентах, необходимо преобразовать их в одинаковые единицы измерения.
• Константы — некоторые расчеты могут включать использование констант, таких как константа Генри или константа растворимости.
• Температура и давление — концентрация газов может изменяться в зависимости от температуры и давления. Поэтому при измерении концентрации газов необходимо указать температуру и давление.
• Другие переменные — концентрация газов может зависеть от других переменных, таких как влажность воздуха, состав смеси газов и других. Поэтому при измерении концентрации газов необходимо учитывать все возможные переменные.

Примеры расчетов отношения концентрации газов

Рассмотрим несколько примеров расчетов отношения концентрации газов:

• Пример 1. Концентрация газа А составляет 2 моля, а концентрация газа В — 3 моля. Найдите отношение концентрации газа А к концентрации газа В.

Отношение концентрации газа А к концентрации газа В = 2 моля / 3 моля = 0,67

• Пример 2. Концентрация газа А составляет 50%, а концентрация газа В — 0,15. Найдите отношение концентрации газа А к концентрации газа В.

Переведем концентрацию газа А в молях: Концентрация газа А = 50% * Общее количество молей = 0,5 * (количество молей газа А + количество молей газа В)
Количество молей газа А = 0,5 * (количество молей газа А + количество молей газа В)
Количество молей газа А = 0,5 * (0,15 моля + Количество молей газа В)
Количество молей газа А = 0,075 моля + 0,5 * количество молей газа В
Отношение концентрации газа А к концентрации газа В = 0,075 моля / количество молей газа В

• Пример 3. Концентрация газа А составляет 1,6 моля на литр, а концентрация газа В — 4 моля на литр. Найдите отношение концентрации газа А к концентрации газа В.

Отношение концентрации газа А к концентрации газа В = 1,6 моля / 4 моля = 0,4

Вывод

Отношение концентрации газов – это важная величина, которая используется в химических расчетах и анализе. Единицы измерения, константы, температура, давление и другие переменные могут влиять на расчеты отношения концентрации газов. Измерение концентрации газов может быть выполнено с помощью газоанализаторов, химических индикаторов или метода оценки шероховатости. Надеемся, что наша статья была полезна для вас и поможет вам расчетах отношения концентрации газов.

Как найти отношение концентрации газов

Определение отношения концентрации газов является очень важным в различных областях, таких как химическая промышленность, медицина, окружающая среда, энергетика и многие другие. Оно позволяет определить, какой газ присутствует в большем количестве относительно других газов. В этой статье мы рассмотрим различные методы определения отношения концентрации газов.

Метод газовых красителей

Метод газовых красителей используется для определения отношения концентрации газов в воздухе. Он основан на изменении цвета специального индикатора при взаимодействии с газами. Индикаторы могут быть селективными или неселективными. Селективные индикаторы реагируют только с определенными газами, а неселективные — с любыми газами.

Этот метод позволяет быстро и точно определить отношение концентрации газов в воздухе. Однако он не подходит для анализа газовых смесей с высокой концентрацией газов, таких как выхлопные газы автомобилей.

Метод инфракрасной спектроскопии

Метод инфракрасной спектроскопии используется для определения отношения концентрации газов в газовых смесях. Он основан на анализе изменения интенсивности инфракрасного излучения при взаимодействии с газами. Каждый газ имеет свой уникальный спектральный отпечаток, поэтому можно определить его концентрацию в смеси.

Этот метод очень точный и подходит для анализа газовых смесей с высокой концентрацией газов. Однако он требует дорогостоящего оборудования и высокой квалификации персонала.

Метод хроматографии

Метод хроматографии используется для определения отношения концентрации газов в газовых смесях. Он основан на разделении газов с помощью различных типов пористых материалов, таких как активированный уголь или молекулярные сита. Каждый газ имеет свой уникальный уровень взаимодействия с материалом, поэтому можно определить его концентрацию в смеси.

Этот метод точный и подходит для анализа газовых смесей с различным соотношением газов. Однако он также требует дорогостоящего оборудования и высокой квалификации персонала.

Итог

Определение отношения концентрации газов является очень важным процессом в различных областях промышленности и науки. В зависимости от цели анализа можно выбрать различные методы. Метод газовых красителей быстрый и простой, но не подходит для анализа газовых смесей с высокой концентрацией газов. Метод инфракрасной спектроскопии очень точный, но требует дорогостоящего оборудования. Метод хроматографии точный и подходит для анализа газовых смесей с различным соотношением газов, но также требует дорогостоящего оборудования.

• отношение концентрации газов
• газовые красители
• инфракрасная спектроскопия
• хроматография

«Определение отношения концентрации газов является очень важным в различных областях, таких как химическая промышленность, медицина, окружающая среда, энергетика и многие другие.»

Как найти отношение концентрации газов

Отношение концентрации газов играет важную роль в многих областях науки и техники. Оно используется для определения состава газовых смесей, оценки качества топлива и воздуха, а также для контроля загрязнения окружающей среды.

Что такое отношение концентрации газов

Отношение концентрации газов определяется как отношение количества одного газа к количеству другого газа в газовой смеси. Оно может быть выражено как массовое отношение или молярное отношение.

Массовое отношение

Массовое отношение определяется как отношение массы одного газа к массе другого газа в газовой смеси. Для его определения необходимо знать массу каждого газа в смеси.

Массовое отношение = (масса 1-го газа) / (масса 2-го газа)

Например, если воздух содержит 21% кислорода и 79% азота, то массовое отношение кислород/азот будет равно:

Массовое отношение кислород/азот = (0,21 * 32) / (0,79 * 28) ≈ 0,23

Это означает, что масса кислорода в воздухе примерно в 0,23 раза больше массы азота.

Молярное отношение

Молярное отношение определяется как отношение числа молей одного газа к числу молей другого газа. Для его определения необходимо знать количество вещества каждого газа в смеси, выраженное в молях.

Молярное отношение = (количество вещества 1-го газа) / (количество вещества 2-го газа)

Например, если газовая смесь содержит 5 моль кислорода и 20 моль азота, то молярное отношение кислород/азот будет равно:

Молярное отношение кислород/азот = 5 / 20 = 0,25

Это означает, что число молей кислорода в данной смеси в 0,25 раза меньше числа молей азота.

Как измерять концентрацию газов

Для определения концентрации газов используются различные методы, в зависимости от цели исследования и свойств газов.

• Спектрометрия – метод, основанный на анализе спектрального состава газовой смеси. Позволяет определять концентрацию отдельных газов в смеси.
• Хроматография – метод, основанный на разделении газовой смеси на составляющие ее компоненты по скорости движения во взвешенной веществом колонке. Позволяет определять концентрацию каждого газа в смеси.
• Электрохимические методы – методы, основанные на использовании электродных процессов для измерения концентрации газов. Используются в большинстве газоанализаторов.

Заключение

Отношение концентрации газов – важный параметр, нужный для различных задач. Найти его можно, применяя различные методы, в зависимости от цели исследования.

Газ обладает высокой реакционной способностью по сравнению с жидкими и твердыми телами ввиду большой площади его активной поверхности и высокой кинетической энергии образующих систему частиц. При этом химическая активность газа, его давление и некоторые другие параметры зависят от концентрации молекул. Рассмотрим в данной статье, что это за величина и как ее можно вычислить.

О каком газе пойдет речь?

В данной статье будут рассмотрены так называемые идеальные газы. В них пренебрегают размерами частиц и взаимодействием между ними. Единственным процессом, который происходит в идеальных газах, являются упругие столкновения между частицами и стенками сосуда. Результатом этих столкновений является возникновение абсолютного давления.

Любой реальный газ приближается по своим свойствам к идеальному, если уменьшать его давление или плотность и увеличивать абсолютную температуру. Тем не менее существуют химические вещества, которые даже при низких плотностях и высоких температурах далеки от идеального газа. Ярким и всем известным примером такого вещества является водяной пар. Дело в том, что его молекулы (H₂O) являются сильно полярными (кислород оттягивает на себя электронную плотность от атомов водорода). Полярность приводит к появлению существенного электростатического взаимодействия между ними, что является грубым нарушением концепции идеального газа.

Универсальный закон Клапейрона-Менделеева

Чтобы уметь рассчитывать концентрацию молекул идеального газа, следует познакомиться с законом, который описывает состояние любой идеальной газовой системы независимо от ее химического состава. Этот закон носит фамилии француза Эмиля Клапейрона и русского ученого Дмитрия Менделеева. Соответствующее уравнение имеет вид:

P*V = n*R*T.

Равенство говорит о том, что произведение давления P на объем V всегда для идеального газа должно быть прямо пропорционально произведению температуры абсолютной T на количество вещества n. Здесь R – это коэффициент пропорциональности, который получил название универсальной газовой постоянной. Она показывает величину работы, которую 1 моль газа выполняет в результате расширения, если его на 1 К нагреть (R=8,314 Дж/(моль*К)).

Концентрация молекул и ее вычисление

Согласно определению под концентрацией атомов или молекул понимают количество частиц в системе, которое приходится на единицу объема. Математически можно записать:

c_N = N/V.

Где N – общее число частиц в системе.

Прежде чем записать формулу для определения концентрации молекул газа, вспомним определение количества вещества n и выражение, которое связывает величину R с постоянной Больцмана k_B:

n = N/N_A;

k_B = R/N_A.

Используя эти равенства, выразим отношение N/V из универсального уравнения состояния:

P*V = n*R*T =>

P*V = N/N_A*R*T = N*k_B*T =>

c_N = N/V = P/(k_B*T).

Таким образом мы получили формулу для определения концентрации частиц в газе. Как видно, она прямо пропорционально зависит от давления в системе и обратно пропорционально от абсолютной температуры.

Поскольку количество частиц в системе велико, то концентрацией c_N пользоваться неудобно при выполнении практических расчетов. Вместо нее чаще используют молярную концентрацию c_n. Она для идеального газа определяется так:

c_n = n/V = P/(R *T).

Пример задачи

Необходимо рассчитать молярную концентрацию молекул кислорода в воздухе при нормальных условиях.

Для решения этой задачи вспомним, что в воздухе находится 21 % кислорода. В соответствии с законом Дальтона кислород создает парциальное давление 0,21*P₀, где P₀ = 101325 Па (одна атмосфера). Нормальные условия также предполагают температуру 0 ^oC (273,15 К).

Мы знаем все необходимые параметры для вычисления молярной концентрации кислорода в воздухе. Получаем:

c_n(O₂) = P/(R *T) = 0,21*101325/(8,314*273,15) = 9,37 моль/м³.

Если эту концентрацию привести к объему 1 литр, то мы получим значение 0,009 моль/л.

Чтобы понять, сколько молекул O₂ содержится в 1 литре воздуха, следует умножить рассчитанную концентрацию на число N_A. Выполнив эту процедуру, получим огромное значение: N(O₂) = 5,64*10²¹ молекул.

§ 20. Атомы и молекулы, их характеристики (окончание)

Концентрация молекул

7. Постоянная Авогадро. Поскольку молекулы имеют малые размеры, их число в любом макроскопическом теле очень велико.

Число молекул в единице объёма называют концентрацией. Концентрация n вычисляется по формуле

где N — число молекул в теле, V — его объём.

Концентрацию молекул в теле также можно определить, зная плотность вещества ρ и массу молекулы этого вещества m₀. Поскольку где m — масса тела, и m = m₀N, то

Чтобы представить себе, насколько велико это число, предположим, что в воздушном шаре сделали настолько тонкий прокол, что за каждую секунду через него проходит 10 молекул. В этом случае, для того чтобы вышли все молекулы, потребуется 30 миллиардов лет.

Из определения моля следует, что 1 моль любого вещества содержит одинаковое число молекул (атомов). Это число называют постоянной Авогадро.

Постоянная Авогадро N_А — число молекул или атомов в количестве вещества 1 моль.

Поскольку в одном моле любого вещества содержится одинаковое число молекул, то при одинаковых условиях 1 моль любого газа занимает одинаковый объём.

Вопросы для самопроверки

1. Сформулируйте первое положение молекулярно-кинетической теории строения вещества.

2. Поясните выражение: «Молекула — мельчайшая частица вещества, сохраняющая его химические свойства».

3. Опишите опыт, позволяющий оценить размеры молекулы. Предложите способ измерения объёма капли масла.

4. Что называют относительной молекулярной массой; количеством вещества; молярной массой; концентрацией молекул; постоянной Авогадро?

5. Что такое один моль?

6. Каков порядок значений размеров, массы молекул, их концентрации, числа молекул в одном моле вещества?

1_Д. Подготовьте краткое сообщение об исследованиях М. В. Ломоносова, результаты которых внесли вклад в развитие учения о строении вещества. Воспользуйтесь для этого интернет-ресурсами и другими источниками информации. Докажите, что результаты исследований М. В. Ломоносова имели принципиальное значение для развития взглядов на строение вещества.

2. Сравните количество вещества, содержащееся в телах равной массы из алюминия и железа.

3. Найдите число атомов в алюминиевой ложке массой 30 г.

4. Деталь площадью 30 см 2 покрыли слоем серебра толщиной 2 мкм. Сколько атомов серебра содержится в покрытии?

5. Сравните массы и объёмы двух тел, сделанных из свинца и меди, если в них содержатся равные количества вещества.

Вопросы для дискуссии

Почему мы уверены в существовании молекул и атомов, ведь мы их не видим?

Источник

Идеальный газ. Формула концентрации молекул газа. Пример задачи

В физике текучих субстанций большое внимание уделяется изучению газов, которое осуществляют при помощи использования модели идеального газа. В этой области было открыто много законов. В приведенной ниже статье изучим формулу концентрации молекул газа (идеального) и покажем, как ее следует применять при решении практической проблемы.

Идеальный газ

Что же это такое? Прежде чем записать формулу концентрации молекул газа, расскажем, что собой представляет модель идеального газа. В соответствии с кинетической теорией текучих субстанций, в таких веществах молекулы и атомы движутся хаотически по прямым траекториям. Расстояния между ними намного больше, чем их собственные линейные размеры, поэтому последними пренебрегают при выполнении вычислений. Кроме того, считают, что взаимодействий между молекулами не существует, поскольку их кинетическая энергия слишком велика по сравнению со слабыми потенциальными взаимодействиями.

Любые реальные газы, которые находятся при низких давлениях и достаточно высоких абсолютных температурах, по своему поведению приближаются к описанной модели. Тем не менее существуют текучие субстанции, у которых помимо ван-дер-ваальсовых взаимодействий между частицами действуют взаимодействия более сильного характера. Примером является водяной пар, у которого молекулы друг с другом связаны водородными (полярными) связями. Для описания поведения таких субстанций нельзя использовать модель идеального газа.

Универсальное уравнение

Модель идеального газа удобна при выполнении практических расчетов тем, что уравнение состояния вещества, полученное на ее основе, связывает три термодинамических параметра: температуру T, объем системы V и абсолютное давление P. Это уравнение записано ниже:

Современная молекулярно-кинетическая теория газов позволяет путем несложных рассуждений и математических выкладок получить теоретически это уравнение. Впервые же оно было записано в результате анализа многочисленных экспериментов, которые в течение двух веков выполняли европейские ученые, начиная от Роберта Бойля (вторая половина XVII века) и заканчивая Амедео Авогадро (начало XIX века).

Считается, что уравнение состояния идеального газа первым получил Эмиль Клапейрон, а к современной форме его привел русский химик Дмитрий Менделеев, поэтому его часто называют законом Клапейрона-Менделеева.

Понятие о концентрации молекул: виды концентраций

Когда изучают текучие субстанции, то знать концентрации компонентов, которые их образуют, является важным при решении многих практических задач. Например, от этого показателя и размеров молекул зависит общая площадь поверхности активного вещества, а значит, его реакционная способность. Другой пример, концентрация некоторых веществ в воздухе определяет допустимые их пределы для нормального протекания жизненно необходимых процессов в организме человека.

В случае газов, как правило, пользуются тремя следующими концентрациями:

Заметим, что все виды концентраций вычисляются по отношению к объему системы. Справедливость этих величин действительна, поскольку каждый компонент системы полностью заполняет ее объем.

Среди всех типов концентраций наиболее удобной на практике является молярная. Ниже в статье приведем формулу именно для нее.

Формула концентрации молекул газа

В соответствии с приведенным в предыдущем пункте определением, молярная концентрация i-го компонента системы c_n(i) вычисляется так:

Предположим, что мы имеем однокомпонентный (чистый) газ. Это может быть кислород, азот, гелий и так далее. В этом случае можно применить формулу Клапейрона-Менделеева и выразить из нее молярную концентрацию молекул. Имеем:

Из записанной формулы концентрации молекул газа легко получить атомную (молекулярную) концентрацию. Покажем, как это делается:

Пример задачи

В результате изобарного нагрева закрытой системы с идеальным газом его температура увеличилась на 100 К и стала равной 400 К. Как изменится концентрация молекул газа, если давление в системе составляет 1,5 атмосферы.

Поскольку давление в процессе нагрева не изменилось, а температура была равна 300 К согласно условию задачи, то молярная концентрацию молекул до нагрева системы составляла:

Число молекул в системе не изменилось при нагреве, так как система является закрытой. После нагрева газа его концентрация составила:

Изменение концентрации составило:

Отрицательный знак говорит, что концентрация уменьшилась, что является очевидным, поскольку увеличился объем системы после нагрева, а число частиц в ней осталось прежним.

Источник

Концентрация растворов. Способы выражения концентрации растворов.

Концентрация раствора может выражаться как в безразмерных единицах (долях, процентах), так и в размерных величинах (массовых долях, молярности, титрах, мольных долях).

Способы выражения концентрации растворов.

1. Массовая доля (или процентная концентрация вещества) – это отношение массы растворенного вещества m к общей массе раствора. Для бинарного раствора, состоящего из растворённого вещества и растворителя:

,

ω – массовая доля растворенного вещества;

m_в-ва – масса растворённого вещества;

Массовую долю выражают в долях от единицы или в процентах.

2. Молярная концентрация или молярность – это количество молей растворённого вещества в одном литре раствора V:

,

C – молярная концентрация растворённого вещества, моль/л (возможно также обозначение М, например, 0,2 М HCl);

n – количество растворенного вещества, моль;

V – объём раствора, л.

Раствор называют молярным или одномолярным, если в 1 литре раствора растворено 1 моль вещества, децимолярным – растворено 0,1 моля вещества, сантимолярным – растворено 0,01 моля вещества, миллимолярным – растворено 0,001 моля вещества.

3. Моляльная концентрация (моляльность) раствора С(x) показывает количество молей n растворенного вещества в 1 кг растворителя m:

,

С (x) – моляльность, моль/кг;

n – количество растворенного вещества, моль;

4. Титр – содержание вещества в граммах в 1 мл раствора:

,

T – титр растворённого вещества, г/мл;

m_в-ва – масса растворенного вещества, г;

5. Мольная доля растворённого вещества – безразмерная величина, равная отношению количества растворенного вещества n к общему количеству веществ в растворе:

,

N – мольная доля растворённого вещества;

n – количество растворённого вещества, моль;

n_р-ля – количество вещества растворителя, моль.

Сумма мольных долей должна равняться 1:

Иногда при решении задач необходимо переходить от одних единиц выражения к другим:

М(Х) – молярная масса растворенного вещества;

ρ= m/(1000V) – плотность раствора. 6. Нормальная концентрация растворов (нормальность или молярная концентрация эквивалента) – число грамм-эквивалентов данного вещества в одном литре раствора.

Грамм-эквивалент вещества – количество граммов вещества, численно равное его эквиваленту.

Эквивалент – это условная единица, равноценная одному иону водорода в кислотоно-основных реакциях или одному электрону в окислительно – восстановительных реакциях.

Для записи концентрации таких растворов используют сокращения н или N. Например, раствор, содержащий 0,1 моль-экв/л, называют децинормальным и записывают как 0,1 н.

,

С_Н – нормальная концентрация, моль-экв/л;

z – число эквивалентности;

Коэффициент растворимости – отношение массы вещества, образующего насыщенный раствор при конкретной температуре, к массе растворителя:

Источник

Определение молярной концентрации и формулы для её расчёта

В природе практически невозможно найти вещество в чистом виде. Тела соприкасаются, перемешиваются образуя смеси. Одним из видов описания растворов является молярная концентрация. Это важное понятие в химии, характеризующее количественную часть. Выражается чаще всего эта величина через массовую долю, показывающую чистоту раствора. Измеряется она в единичных долях или процентах и находится по химической формуле.

Основные понятия и определения

Под раствором в химии понимают твёрдую или жидкую однородную систему, состоящую из нескольких компонентов. Вещества образующие раствор разделяются на растворители и растворённые.

Например, сахар, находящийся в воде — такая смесь называется двухгомогенная. Если же в сахарную воду добавить уксус, то полученный раствор уже будет трёхгомогенный. Количество в смеси того или иного разжиженного компонента называется концентрацией. Изменяться она может в широких пределах.

Существует несколько способов выражения концентрации растворов:

Молярная масса и доли

Для измерения массы используются граммы, килограммы, тонны, но для обозначения количества вещества они не подходят. В химических процессах принимают участие различные частицы, такие как молекулы, атомы, ионы. Поэтому для того чтобы определить, сколько вещества содержится в той или иной смеси, ввели специальную единицу — моль. Иными словами — это множество, в котором объединены масса с числом.

Концентрация — это значение количества объёма раствора к растворенному в нём телу. Наиболее часто для измерения применяется массовая доля разжиженного вещества, молярная и нормальная концентрация. Массовая часть — это неизмеряемая величина. Складывается она из двух масс:

Способность же вещества поглощаться другим называют растворимостью. При определении результата взаимодействия растворов находится массовая доля каждого из них.

N = Na * n, где Na — постоянная Авогадро, n — количество вещества. То есть моль — это количество в котором содержится 6 * 10 23 молекул. Молярная концентрация определяет, сколько моль разжиженного вещества содержится в одном литре раствора.

Массовая доля растворимого часто называется процентной концентрацией. При этом вместо процентного определения используется молярная концентрация. Другими словами, отношение количества к объёму в литрах. Зная число молей в одном литре довольно просто подобрать необходимое число молей используя специальную посуду.

Формулы перехода

Расчёт количества той или иной части концентрированной смеси, возможно, выполнить в различных единицах. Но между тем существуют формулы перехода от одних выражений к другим. При пересчёте происходит округление знака после запятой, поэтому при переходе с одной величины на другую появляется определённая погрешность.

Конвертация от массовой доли к молярной массе выполняется по формуле: Cb = (p * ɷb) / M (B), где: Cb — молярная концентрация, p — плотность, ɷb — массовая доля, M (B) — молярная масса. При этом когда плотность раствора изначально обозначается в грамм на миллилитр, а молярная в грамм на моль, то ответ необходимо умножить на 1 тыс. мл/л. Если же значение доли указано в процентах, то ответ необходимо разделить на 100%.

Для перехода от молярной к нормальной концентрации (молярной концентрации эквивалента), используется выражение: c * ((1 / z) * B) = Cb * z. Где молярность измеряется в моль на литр, а z — число эквивалентности (сопоставимое с одним молем катионов водорода в проходящей реакции). В определённых ситуациях выполняется и перевод массовой доли к титру. Выполняют это по формуле: T = p * ɷ, где p — плотность, измеряемая в граммах, делённых на миллилитры, а ɷ — массовая часть растворённого, в долях.

Перевести можно и молярность к титру. Используют для этого следующую формулу перехода: Т = Cb * M, в которой М — молярная масса разжиженного вещества. В случае же когда концентрация выражается в моль на литр, а масса в грамм на моль, ответ нужно разделить на 1 тыс. миллилитров на литр. Молярность связана с моляльностью формулой: mb = Cb / p, где р — плотность раствора, измеряемая в граммах, делённых на миллилитры.

Самый же сложный перевод происходит при конвертации моляльности к мольной доле. Для решения такой задачи используется формула для мольного элемента: Yb = mb / (mb + 1/ M (A)). В выражении mb обозначает моляльность, а M (A) — молярную массу растворителя. Чтобы ответ получился в одинаковых единицах измерения, цифра один в формуле представляется как 1000 г/кг. Это необходимо, когда моляльность подставляется в моль на килограмм, а масса в грамм на моль.

Вычисление концентрации

Чтобы получить раствор, необходимо между собой смешать растворитель и растворимое. Для того чтобы вычислить концентрацию, нужно знать или найти общий объём смеси, который будет равен сумме элементов, используемых при создании раствора. Измеряться концентрация может в различных величинах. Основные из них:

Найти молярность, характеризуемую числом доли растворенных элементов, зная массу и формулу вещества несложно. Если количество растворённой части задано в других единицах, то их преобразуют в граммы.

Каждый элемент характеризуется молярной массой и определяется отношением массы к числу моль. Равна она атомной массе, которую можно взять из таблицы Менделеева. Для нахождения молярной величины нужно сложить все атомные числа элементов, смешанных в растворе.

Найдя молекулярное значение можно перейти к вычислению количества молей. Делается это с помощью формулы для молярной концентрации: масса растворённого вещества умножается на обратную молярную часть. Результат должен получиться в моль. На следующем этапе находится молярность. Полученное число молей делится на объём, измеряемого в литрах раствора. Обычно объёмом растворённой части пренебрегают.

По аналогии вычисляется концентрация и в процентном составе. Для этого нужно найти массу частей, составляющих раствор. На первом этапе все единицы измерения переводятся в граммы. Находится плотность, затем она умножается на объём и получается масса вещества в граммах. Вычисление концентрации в процентном составе находится как масса растворённого вещества, делённая на сумму массы растворяемого и растворителя, а после результат умножается на сто.

Так как проценты являются сотой долей, то для получения ответа в миллионной доле результат нужно умножить ещё на 10 тысяч.

Примеры расчёта

Определением молярности раствора занимается химия. В процессах участвуют различные частицы, количество которых даже в малых объёмах велико. Значение молярной концентрации определяется не только количественным, но и качественным составом. Самые простые задачи связаны с нахождением молярной массы. Например, для соединения CH4 она наводится следующим образом:

Мr (CH4) = Ar + 4Ar (H) = 12 + 4 =16

Получается, что масса метана содержит 16 г/моль или 6,02Ч * 10 23 молекул. Буква «Ч» используется для обозначения части.

Теперь можно найти массу в объёмном количестве. Например, нужно определить массу метана смешанном в количестве двух моль. Так как для метана его масса составляет 16 г/моль, то ответом будет:

м (метан) = 2 * 16 = 32 г

Много задач встречается на нахождение массовой доли в растворе. Например, в 200 грамм соли добавили 80 грамм воды. Чтобы определить часть соли в полученной смеси необходимо найти первоначальную её долю в растворе: M1 = w * m = 0,14 * 200 = 28 гамм. Затем вычислить массу нового раствора: М2 = 200 + 80 = 280 грамм. И воспользовавшись формулой получить ответ: W = M1 / M2 = 28 / 280 = 0,100.

Немного сложнее задачи на расчёт грамм-эквивалента. Пусть нужно найти нормальность серной кислоты, смешанной с раствором щёлочи. При смешении образуется соединение: NaSO4. Так как при реакции серная кислота нейтрализует гидросульфат натрия только частично то можно записать: Н2SO4 + NaOH = NaHSO4 + Н2О. Серная кислота представляет основу равную единице, поэтому и фактор эквивалентности также будет составлять единицу.

Экв (H2SO4) =1 * ф = 1/1 = 1

Отсюда следует, что значение молярности эквивалента кислоты:

Мэкв (H2SO4) = M * Ф = M/1 = 98/1 = 98 г/экв

Нужно найти массовую часть и молярность эквивалента смеси, полученной при смешивании 400 мл раствора серной кислоты (p =1, 18 г/мл) и 400 мл восьмипроцентного раствора серной кислоты (p = 1,05 г/мл).

Вначале следует вычислить массу первого раствора и содержание в нём серной кислоты:

m (р-ра) = p (р-ра) * V (р-ра) = 1,18 * 400 = 720 г

m (H2SO4) = V (H2SO4) * м (H2SO4)= С (H2SO4) * V (р-ра) * М (H2SO4) = 720 * 0,2 — 98 = 46 г

Затем определить массу второго раствора и содержание в нём количества серной кислоты:

m (р-ра) = р (р-ра) * V (р-ра) = 1,05 * 400 = 420 г

m = m (р-ра) * (H2SO4)= 420 * 0,08 = 24 г

Часть полученного раствора находится по формуле:

ɷ (H2SO4) = m (H2SO4) / m (р-ра) = (46 + 24) / (720+420) = 0,146

Ответ удобнее записать в процентном соотношении — 14,6%.

Источник

Концентрация объемная

Концентрация растворов является важной характеристикой, показывающей содержание растворенного вещества и растворителя в его составе. Выражается концентрация, как правило, в массовых (вес) и объемных (объем) процентах или долях.

Растворы и их концентрация

Под раствором следует понимать однородную (гомогенную систему), в состав которой входит один или несколько компонентов. Растворы могут быть газовыми, жидкими, твердыми. Концентрация раствора бывает качественной и количественной. Качественная концентрация определяет растворы насыщенные, ненасыщенные, перенасыщенные. Количественная концентрация показывает массу или объем содержания веществ в составе раствора.

Самый простой состав – это растворитель и растворенное вещество. Растворитель представляет собой вещество, которое при растворении не меняет свое состояние. Если смешиваются вещества в одинаковом агрегатном состоянии, к примеру, жидкость с жидкостью или газ с газом, растворителем будет компонент, которого больше. Образование раствора зависит от характера взаимодействия между частицами растворителя и растворенного вещества, их природой.

Чтобы определить соотношение растворенного вещества и растворителя в составе смеси и применяется такая характеристика, как концентрация. В зависимости от того, какая единица измерения выбрана, концентрация может быть объемной (содержание вещества в объеме раствора) или массовой (содержание вещества в единице массы раствора).

Объемные концентрации

Объемная доля вещества в общем объеме раствора выражается соотношением между объемом компонента, который нужно определить, и общим объемом всего раствора. Для измерения объемной концентрации используются доли или проценты. Значение концентрации указывается при определенных показателях температурного режима и давления.

Для выражения объемной доли используется следующая формула:

V(А) – объем вещества, V (смеси) – общий объем раствора.

Объемная доля, как правило, применяется в отношении газовых смесей. К примеру, содержание кислорода в воздухе составляет 21%, что означает объемную долю кислорода: φ(O2) = 21%. Применение объемной доли удобно потому, что объемное содержание газа в составе раствора газов, которые химически не взаимодействуют между собой, такая же, как молярная доля смеси. Это в достаточной мере точно выполняется, когда показатели давления и температуры не слишком высокие.

Для определения концентрации растворов определенных веществ используется ареометр. Он проградуирован непосредственно в концентрации смеси, а не в показателях ее плотности.

Объемная концентрация и объемная доля – безразмерные величины. Чтобы их выражать в большинстве случаев используются проценты, но могут также применяться такие единицы, как промилле, миллионные доли. Возможно также отображение единиц в таком виде: «% об.» или «об.%» (объемные проценты), однако рекомендуется писать конкретное указывать величину, к которой относится значение.

Источник

В физике текучих субстанций большое внимание уделяется изучению газов, которое осуществляют при помощи использования модели идеального газа. В этой области было открыто много законов. В приведенной ниже статье изучим формулу концентрации молекул газа (идеального) и покажем, как ее следует применять при решении практической проблемы.

Идеальный газ

Что же это такое? Прежде чем записать формулу концентрации молекул газа, расскажем, что собой представляет модель идеального газа. В соответствии с кинетической теорией текучих субстанций, в таких веществах молекулы и атомы движутся хаотически по прямым траекториям. Расстояния между ними намного больше, чем их собственные линейные размеры, поэтому последними пренебрегают при выполнении вычислений. Кроме того, считают, что взаимодействий между молекулами не существует, поскольку их кинетическая энергия слишком велика по сравнению со слабыми потенциальными взаимодействиями.

Любые реальные газы, которые находятся при низких давлениях и достаточно высоких абсолютных температурах, по своему поведению приближаются к описанной модели. Тем не менее существуют текучие субстанции, у которых помимо ван-дер-ваальсовых взаимодействий между частицами действуют взаимодействия более сильного характера. Примером является водяной пар, у которого молекулы друг с другом связаны водородными (полярными) связями. Для описания поведения таких субстанций нельзя использовать модель идеального газа.

Универсальное уравнение

Модель идеального газа удобна при выполнении практических расчетов тем, что уравнение состояния вещества, полученное на ее основе, связывает три термодинамических параметра: температуру T, объем системы V и абсолютное давление P. Это уравнение записано ниже:

P * V = n * R * T.

Где R – постоянная, равная 8,314 Дж/(моль*К), n – количество вещества.

Современная молекулярно-кинетическая теория газов позволяет путем несложных рассуждений и математических выкладок получить теоретически это уравнение. Впервые же оно было записано в результате анализа многочисленных экспериментов, которые в течение двух веков выполняли европейские ученые, начиная от Роберта Бойля (вторая половина XVII века) и заканчивая Амедео Авогадро (начало XIX века).

Считается, что уравнение состояния идеального газа первым получил Эмиль Клапейрон, а к современной форме его привел русский химик Дмитрий Менделеев, поэтому его часто называют законом Клапейрона-Менделеева.

Понятие о концентрации молекул: виды концентраций

Когда изучают текучие субстанции, то знать концентрации компонентов, которые их образуют, является важным при решении многих практических задач. Например, от этого показателя и размеров молекул зависит общая площадь поверхности активного вещества, а значит, его реакционная способность. Другой пример, концентрация некоторых веществ в воздухе определяет допустимые их пределы для нормального протекания жизненно необходимых процессов в организме человека.

В случае газов, как правило, пользуются тремя следующими концентрациями:

• Атомная. Она определяется, как процентное содержание количества атомов или молекул компонента по отношению к объему всей системы.
• Массовая. Показывает отношение массы компонента к объему газа.
• Молярная. Она равна отношению количества вещества изучаемого компонента к объему системы.

Заметим, что все виды концентраций вычисляются по отношению к объему системы. Справедливость этих величин действительна, поскольку каждый компонент системы полностью заполняет ее объем.

Среди всех типов концентраций наиболее удобной на практике является молярная. Ниже в статье приведем формулу именно для нее.

Формула концентрации молекул газа

В соответствии с приведенным в предыдущем пункте определением, молярная концентрация i-го компонента системы c_n(i) вычисляется так:

c_n(i) = n_i / V.

Предположим, что мы имеем однокомпонентный (чистый) газ. Это может быть кислород, азот, гелий и так далее. В этом случае можно применить формулу Клапейрона-Менделеева и выразить из нее молярную концентрацию молекул. Имеем:

P * V = n * R * T =>

c_n = n / V = P / (R * T).

Из записанной формулы концентрации молекул газа легко получить атомную (молекулярную) концентрацию. Покажем, как это делается:

c_n = n / V = N / (N_A * V) = c_N / N_A =>

c_N = c_n * N_A = N_A * P / (R * T) = P / (k_B * T).

Здесь N_A и k_B – число Авогадро и постоянная Больцмана. Соответственно, N – число молекул в системе. Поскольку величина k_B имеет маленькое значение (1,38 * 10^-23), то c_N принимает огромные значения, что неудобно для ее практического использования.

Пример задачи

В результате изобарного нагрева закрытой системы с идеальным газом его температура увеличилась на 100 К и стала равной 400 К. Как изменится концентрация молекул газа, если давление в системе составляет 1,5 атмосферы.

Поскольку давление в процессе нагрева не изменилось, а температура была равна 300 К согласно условию задачи, то молярная концентрацию молекул до нагрева системы составляла:

c_n1 = 1,5 * 101 325 / (8,314 * 300) = 60,9 моль/м³.

Число молекул в системе не изменилось при нагреве, так как система является закрытой. После нагрева газа его концентрация составила:

c_n2 = 1,5 * 101 325 / (8,314 * 400) = 45,7 моль/м³.

Изменение концентрации составило:

Δc_n = c_n2 – c_n1 = 45,7 – 60,9 = -15,2 моль/м³.

Отрицательный знак говорит, что концентрация уменьшилась, что является очевидным, поскольку увеличился объем системы после нагрева, а число частиц в ней осталось прежним.