Молярная концентрация (молярность), Сm – это характеристика раствора, способ выражения концентрации растворенного вещества в растворе. Молярная концентрация равна отношению количества растворенного вещества к объему раствора:
где νр.в. – количество растворенного вещества, моль
Vр-ра – объем раствора, л
Иногда молярную концентрацию вещества А обозначают так: [A].
Молярная концентрация измеряется в моль/л или М.
Несколько задач на молярную концентрацию.
1. Определите молярную концентрацию раствора азотной кислоты, если в 500 мл раствора содержится 6,3г азотной кислоты. Ответ: 0,2М
Решение: молярная концентрация — это отношение количества растворенного вещества к объему раствора в литрах. Количество азотной кислоты:
ν(HNO3) = m/M(HNO3) = 6,3 г/ 63 г/моль = 0,1 моль
С(HNO3) = ν(HNO3)/Vр-ра = 0,1 моль/ 0,5 л = 0,2 моль/л
2. Определить молярную концентрацию раствора серной кислоты, если в 2л раствора содержится 0,98г кислоты. Ответ: 0,005М
3. Какую массу хлорида натрия надо растворить в воде, чтобы получить 1л раствора с молярной концентрацией соли 0,02моль/л? Ответ: 1,17г
4. Какое количество вещества (в моль) гидроксида калия содержится в 200мл раствора, если молярная концентрация щёлочи равна 0,9моль/л? Ответ: 0,18моль
5. Какая масса хлороводорода содержится в 250мл раствора соляной кислоты с молярной концентрацией 1 моль/л? Ответ: 9,125г
6. В каком объёме раствора серной кислоты с концентрацией 1 моль/л содержится 4,9г серной кислоты? Ответ: 50мл
7. Смешали 400мл раствора хлорида натрия с молярной концентрацией 1 моль/л и 600мл раствора хлорида натрия с концентрацией соли 2 моль/л. Определить количество вещества хлорида натрия в получившемся растворе и молярную концентрацию этого раствора. Ответ: 1,6М
В уроке 15 «Моляльность и молярность» из курса «Химия для чайников» рассмотрим понятия растворитель и растворенное вещество научимся выполнять расчет молярной и моляльной концентрации, а также разбавлять растворы. Невозможно объяснить что такое моляльность и молярность, если вы не знакомы с понятием моль вещества, поэтому не поленитесь и прочитайте предыдущие уроки. Кстати, в прошлом уроке мы разбирали задачи на выход реакции, посмотрите если вам интересно.
Химикам нередко приходится работать с жидкими растворами, так как это благоприятная среда для протекания химических реакций. Жидкости легко смешивать, в отличие от кристаллических тел, а также жидкость занимает меньший объем, по сравнению с газом. Благодаря этим достоинствам, химические реакции могут осуществляться гораздо быстрее, так как исходные реагенты в жидкой среде часто сближаются и сталкиваются друг с другом. В прошлых уроках мы отмечали, что вода относится к полярным жидкостям, и потому является неплохим растворителем для проведения химических реакций. Молекулы H2O, а также ионы H+ и OH—, на которых вода диссоциирована в небольшой степени, могут способствовать запуску химические реакций, благодаря поляризации связей в других молекулах или ослаблению связи между атомами. Вот почему жизнь на Земле зародилась не на суше или в атмосфере, а именно в воде.
Содержание
- Растворитель и растворенное вещество
- Расчет концентрации раствора
- Молярная концентрация
- Моляльная концентрация
- Разбавление растворов
Растворитель и растворенное вещество
Раствор может быть образован путем растворения газа в жидкости или твердого тела в жидкости. В обоих случаях жидкость является растворителем, а другой компонент — растворенное вещество. Когда раствор образован путем смешивания двух жидкостей, растворителем считается та жидкость, которая находится в большем количестве, иначе говоря имеет бОльшую концентрацию.
Расчет концентрации раствора
Молярная концентрация
Концентрацию можно выражать по разному, но наиболее распространенный способ — указание его молярности. Молярная концентрация (молярность) — это число молей растворенного вещества в 1 литре раствора. Единица молярности обозначается символом M. Например два моля соляной кислоты на 1 литр раствора обозначается 2 М HCl. Кстати, если на 1 литр раствора приходится 1 моль растворенного вещества, тогда раствор называется одномолярным. Молярная концентрация раствора обозначается различными символами:
- cx, Смx, [x], где x — растворенное вещество
Формула для вычисления молярной концентрации (молярности):
- См = n/V, моль/л
где n — количество растворенного вещества в молях, V — объем раствора в литрах.
Пару слов о технике приготовления растворов нужной молярности. Очевидно, что если добавить к одному литру растворителя 1 моль вещества, общий объем раствора будет чуть больше одного литра, и потому будет ошибкой считать полученный раствор одномолярным. Чтобы этого избежать, первым делом добавляем вещество, а только потом доливаем воду, пока суммарный объем раствора не будет равным 1 л. Полезно будет запомнить приближенное правило аддитивности объемов, которое гласит, что объем раствора приближенно равен сумме объемов растворителя и растворенного вещества. Растворы многих солей приближенно подчиняются данному правилу.
Пример 1. Химичка дала задание растворить в литре воды 264 г сульфата аммония (NH4)2SO4, а затем вычислить молярность полученного раствора и его объем, основываясь на предположении об аддитивности объемов. Плотность сульфата аммония равна 1,76 г/мл.
Решение:
Определим объем (NH4)2SO4 до растворения:
- 264 г / 1,76 г/мл = 150 мл = 0,150 л
Пользуясь правилом аддитивности объемов, найдем окончательный объем раствора:
- 1,000 л + 0,150 л = 1,150 л
Число молей растворенного сульфата аммония равно:
- 264 г / 132 г/моль = 2,00 моля (NH4)2SO4
Завершающий шаг! Молярность раствора равна:
- 2,000 / 1,150 л = 1,74 моль/л, т.е 1,74 М (NH4)2SO4
Приближенным правилом аддитивности объемов можно пользоваться только для грубой предварительной оценки молярности раствора. Например, в примере 1, объем полученного раствора на самом деле имеет молярную концентрацию равную 1,8 М, т.е погрешность наших расчетов составляет 3,3%.
Моляльная концентрация
Наряду с молярностью, химики используют моляльность, или моляльную концентрацию, в основе которой учитывается количество использованного растворителя, а не количество образующегося раствора. Моляльная концентрация — это число молей растворенного вещества в 1 кг растворителя (а не раствора!). Моляльность выражается в моль/кг и обозначается маленькой буквой m. Формула для вычисления моляльной концентрации:
- m = n/m
где n — количество растворенного вещества в молях, m — масса растворителя в кг
Для справки отметим, что 1 л воды = 1 кг воды, и еще, 1 г/мл = 1 кг/л.
Пример 2. Химичка попросила определить моляльность раствора, полученного при растворении 5 г уксусной кислоты C2H4O2 в 1 л этанола. Плотность этанола равна 0,789 г/мл.
Решение:
Число молей уксусной кислоты в 5 г равно:
- 5,00 г / 60,05 г/моль = 0,833 моля C2H4O2
Масса 1 л этанола равна:
- 1,000 л × 0,789 кг/л = 0,789 кг этанола
Последний этап. Найдем моляльность полученного раствора:
- 0,833 моля / 0,789 кг растворителя = 0,106 моль/кг
Единица моляльности обозначается Мл, поэтому ответ также можно записать 0,106 Мл.
Разбавление растворов
В химической практике часто занимаются разбавлением растворов, т.е добавлением растворителя. Просто нужно запомнить, что число молей растворенного вещества при разбавлении раствора остается неизменным. И еще запомните формулу правильного разбавления раствора:
- Число молей растворенного вещества = c1V1 = c2V2
где с1 и V1 — молярная концентрация и объем раствора до разбавления, с2 и V2 — молярная концентрация и объем раствора после разбавления. Рассмотрите задачи на разбавление растворов:
Пример 3. Определите молярность раствора, полученного разбавлением 175 мл 2,00 М раствора до 1,00 л.
Решение:
В условие задача указаны значения с1, V1 и V2, поэтому пользуясь формулой разбавления растворов, выразим молярную концентрацию полученного раствора с2
- с2 = c1V1 / V2 = (2,00 М × 175 мл) / 1000 мл = 0,350 М
Пример 4 самостоятельно. До какого объема следует разбавить 5,00 мл 6,00 М раствора HCl, чтобы его молярность стала 0,1 М?
Ответ: V2 = 300 мл
Без сомнения, вы и сами догадались, что урок 15 «Моляльность и молярность» очень важный, ведь 90% все лабораторных по химии связаны с приготовлением растворов нужной концентрации. Поэтому проштудируйте материал от корки до корки. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.
From Wikipedia, the free encyclopedia
“Molarity” redirects here. Not to be confused with Molality or Morality.
| Molar concentration | |
|---|---|
|
Common symbols |
c |
| SI unit | mol/m3 |
|
Other units |
mol/L |
|
Derivations from |
c = n/V |
| Dimension |  |
Molar concentration (also called molarity, amount concentration or substance concentration) is a measure of the concentration of a chemical species, in particular of a solute in a solution, in terms of amount of substance per unit volume of solution. In chemistry, the most commonly used unit for molarity is the number of moles per liter, having the unit symbol mol/L or mol/dm3 in SI unit. A solution with a concentration of 1 mol/L is said to be 1 molar, commonly designated as 1 M.
Definition[edit]
Molar concentration or molarity is most commonly expressed in units of moles of solute per litre of solution.[1] For use in broader applications, it is defined as amount of substance of solute per unit volume of solution, or per unit volume available to the species, represented by lowercase 
:[2]
Here, 
is the amount of the solute in moles,[3] 
is the number of constituent particles present in volume 
(in litres) of the solution, and 
is the Avogadro constant, since 2019 defined as exactly 6.02214076×1023 mol−1. The ratio 
is the number density 
.
In thermodynamics the use of molar concentration is often not convenient because the volume of most solutions slightly depends on temperature due to thermal expansion. This problem is usually resolved by introducing temperature correction factors, or by using a temperature-independent measure of concentration such as molality.[3]
The reciprocal quantity represents the dilution (volume) which can appear in Ostwald’s law of dilution.
- Formality or analytical concentration
If a molecular entity dissociates in solution, the concentration refers to the original chemical formula in solution, the molar concentration is sometimes called formal concentration or formality (FA) or analytical concentration (cA). For example, if a sodium carbonate solution (Na2CO3) has a formal concentration of c(Na2CO3) = 1 mol/L, the molar concentrations are c(Na+) = 2 mol/L and c(CO2−3) = 1 mol/L because the salt dissociates into these ions.[4]
Units[edit]
In the International System of Units (SI) the coherent unit for molar concentration is mol/m3. However, this is inconvenient for most laboratory purposes and most chemical literature traditionally uses mol/dm3, which is the same as mol/L. This traditional unit is often called a molar and denoted by the letter M, for example:
- mol/m3 = 10−3 mol/dm3 = 10−3 mol/L = 10−3 M = 1 mM = 1 mmol/L.
To avoid confusion with SI prefix mega, which has the same abbreviation, small caps ᴍ or italicized M are also used in journals and textbooks.[5]
Sub-multiples such as millimolar consist of the unit preceded by an SI prefix:
| Name | Abbreviation | Concentration | |
|---|---|---|---|
| (mol/L) | (mol/m3) | ||
| millimolar | mM | 10−3 | 100=1 |
| micromolar | μM | 10−6 | 10−3 |
| nanomolar | nM | 10−9 | 10−6 |
| picomolar | pM | 10−12 | 10−9 |
| femtomolar | fM | 10−15 | 10−12 |
| attomolar | aM | 10−18 | 10−15 |
| zeptomolar | zM | 10−21 | 10−18 |
| yoctomolar | yM | 10−24 (6 particles per 10 L) |
10−21 |
| rontomolar | rM | 10−27 | 10−24 |
| quectomolar | qM | 10−30 | 10−27 |
[edit]
Number concentration[edit]
The conversion to number concentration 
is given by
where is the Avogadro constant.
Mass concentration[edit]
The conversion to mass concentration 
is given by
where 
is the molar mass of constituent 
.
Mole fraction[edit]
The conversion to mole fraction 
is given by
where 
is the average molar mass of the solution, 
is the density of the solution.
A simpler relation can be obtained by considering the total molar concentration, namely, the sum of molar concentrations of all the components of the mixture:
Mass fraction[edit]
The conversion to mass fraction 
is given by
Molality[edit]
For binary mixtures, the conversion to molality 
is
where the solvent is substance 1, and the solute is substance 2.
For solutions with more than one solute, the conversion is
Properties[edit]
Sum of molar concentrations – normalizing relations[edit]
The sum of molar concentrations gives the total molar concentration, namely the density of the mixture divided by the molar mass of the mixture or by another name the reciprocal of the molar volume of the mixture. In an ionic solution, ionic strength is proportional to the sum of the molar concentration of salts.
Sum of products of molar concentrations and partial molar volumes[edit]
The sum of products between these quantities equals one:
Dependence on volume[edit]
The molar concentration depends on the variation of the volume of the solution due mainly to thermal expansion. On small intervals of temperature, the dependence is
where 
is the molar concentration at a reference temperature, 
is the thermal expansion coefficient of the mixture.
Examples[edit]
- 11.6 g of NaCl is dissolved in 100 g of water. The final mass concentration ρ(NaCl) is
- ρ(NaCl) = 11.6 g/11.6 g + 100 g = 0.104 g/g = 10.4 %.
The volume of such a solution is 104.3mL (volume is directly observable); its density is calculated to be 1.07 (111.6g/104.3mL)
The molar concentration of NaCl in the solution is therefore
- c(NaCl) = 11.6 g/58 g/mol / 104.3 mL = 0.00192 mol/mL = 1.92 mol/L.
Here, 58 g/mol is the molar mass of NaCl.
- A typical task in chemistry is the preparation of 100 mL (= 0.1 L) of a 2 mol/L solution of NaCl in water. The mass of salt needed is
- m(NaCl) = 2 mol/L × 0.1 L × 58 g/mol = 11.6 g.
To create the solution, 11.6 g NaCl is placed in a volumetric flask, dissolved in some water, then followed by the addition of more water until the total volume reaches 100 mL.
- The density of water is approximately 1000 g/L and its molar mass is 18.02 g/mol (or 1/18.02 = 0.055 mol/g). Therefore, the molar concentration of water is
- c(H2O) = 1000 g/L/18.02 g/mol ≈ 55.5 mol/L.
Likewise, the concentration of solid hydrogen (molar mass = 2.02 g/mol) is
- c(H2) = 88 g/L/2.02 g/mol = 43.7 mol/L.
The concentration of pure osmium tetroxide (molar mass = 254.23 g/mol) is
- c(OsO4) = 5.1 kg/L/254.23 g/mol = 20.1 mol/L.
- A typical protein in bacteria, such as E. coli, may have about 60 copies, and the volume of a bacterium is about 10−15 L. Thus, the number concentration C is
- C = 60 / (10−15 L) = 6×1016 L−1.
The molar concentration is
- c = C/NA = 6×1016 L−1/6×1023 mol−1 = 10−7 mol/L = 100 nmol/L.
- Reference ranges for blood tests, sorted by molar concentration:
See also[edit]
- Molality
- Orders of magnitude (molar concentration)
References[edit]
- ^ Tro, Nivaldo J. (6 January 2014). Introductory chemistry essentials (Fifth ed.). Boston. p. 457. ISBN 9780321919052. OCLC 857356651.
- ^ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the “Gold Book”) (1997). Online corrected version: (2006–) “amount concentration, c“. doi:10.1351/goldbook.A00295
- ^ a b Kaufman, Myron (2002). Principles of thermodynamics. CRC Press. p. 213. ISBN 0-8247-0692-7.
- ^ Harvey, David (2020-06-15). “2.2: Concentration”. Chemistry LibreTexts. Retrieved 2021-12-15.
- ^ “Typography of unit symbols for Molar and Liter in siunitx”. TeX – LaTeX Stack Exchange.
External links[edit]
- Molar Solution Concentration Calculator
- Experiment to determine the molar concentration of vinegar by titration
Концентра́ция или до́ля компонента смеси — величина, количественно характеризующая содержание компонента относительно всей смеси. Терминология ИЮПАК под концентрацией компонента понимает четыре величины: соотношение молярного, или численного количества компонента, его массы, или объёма исключительно к объёму раствора[1] (типичные единицы измерения — соответственно моль/л, л−1, г/л, и безразмерная величина). Долей компонента ИЮПАК называют безразмерное соотношение одной из трёх однотипных величин — массы, объёма или количества вещества.[2] Однако в обиходе термин «концентрация» могут применять и для долей, не являющихся объёмными долями, а также к соотношениям, не описанным ИЮПАК. Оба термина могут применяться к любым смесям, включая механические смеси, но наиболее часто применяются к растворам.
Можно выделить несколько типов математического описания: массовая концентрация, молярная концентрация, концентрация частиц и объемная концентрация[3].
Эти стаканы, содержащие красный краситель, демонстрируют качественные изменения концентрации. Растворы слева более разбавлены, по сравнению с более концентрированными растворами справа.
Массовая доля[править | править код]
| определение | Массовая доля компонента — отношение массы данного компонента к сумме масс всех компонентов. |
|---|---|
| обозначение |  — по рекомендациям ИЮПАК[4].
В технической литературе:
|
| единицы измерения | доли,
%масс (для выражения в %масс следует умножить указанное выражение на 100 %) |
| формула |  где:
|
В бинарных растворах часто существует однозначная (функциональная) зависимость между плотностью раствора и его концентрацией (при данной температуре). Это даёт возможность определять на практике концентрации важных растворов с помощью денсиметра (спиртометра, сахариметра, лактометра). Некоторые ареометры проградуированы не в значениях плотности, а непосредственно концентрации раствора (спирта, жира в молоке, сахара). Следует учитывать, что для некоторых веществ кривая плотности раствора имеет максимум, в этом случае проводят два измерения: непосредственное, и при небольшом разбавлении раствора.
Часто для выражения концентрации (например, серной кислоты в электролите аккумуляторных батарей) пользуются просто их плотностью. Распространены ареометры (денсиметры, плотномеры), предназначенные для определения концентрации растворов веществ.
Объёмная доля[править | править код]
| определение | Объёмная доля — отношение объёма компонента к сумме объёмов компонентов до смешивания. |
|---|---|
| обозначение | 
|
| единицы измерения | доли единицы,
%об (ИЮПАК не рекомендует добавлять дополнительные метки после знака %) |
| формула |
где:
|
При смешивании жидкостей их суммарный объём может уменьшаться, поэтому не следует заменять сумму объёмов компонентов на объём смеси.
Как было указано выше, существуют ареометры, предназначенные для определения концентрации растворов определённых веществ. Такие ареометры проградуированы не в значениях плотности, а непосредственно концентрации раствора. Для распространённых растворов этилового спирта, концентрация которых обычно выражается в объёмных процентах, такие ареометры получили название спиртомеров или андрометров.
Молярность (молярная объёмная концентрация)[править | править код]
| определение | Молярность — количество вещества (число молей) компонента в единице объёма смеси. |
|---|---|
| обозначение | По рекомендации ИЮПАК, обозначается буквой или ![{displaystyle [B]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6e6c6caf9d188e4a608dfdac98bbcd140a9ea106) , где B — вещество, концентрация которого указывается.[6]
|
| единицы измерения | В системе СИ — моль/м³
На практике чаще — моль/л или ммоль/л. Примечание: После числа пишут «моль», подобно тому, как после числа пишут «см», «кг» и т. п., не склоняя по падежам. |
| формула |
где:
|
Нормальная концентрация (молярная концентрация эквивалента, «нормальность»)[править | править код]
| определение | Нормальная концентрация — количество эквивалентов данного вещества в 1 литре смеси. |
|---|---|
| обозначение |  ,  , 
|
| единицы измерения | Нормальную концентрацию выражают в моль-экв/л или г-экв/л (имеется в виду моль эквивалентов). 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. |
| формула |
где:
|
Нормальная концентрация может отличаться в зависимости от реакции, в которой участвует вещество. Например, одномолярный раствор H2SO4 будет однонормальным, если он предназначается для реакции со щёлочью с образованием гидросульфата калия KHSO4, и двухнормальным в реакции с образованием K2SO4.
Мольная (молярная) доля[править | править код]
| определение | Мольная доля — отношение количества молей данного компонента к общему количеству молей всех компонентов. |
|---|---|
| обозначение | ИЮПАК рекомендует обозначать мольную долю буквой  (а для газов —  )[7], также в литературе встречаются обозначения  ,  .
|
| единицы измерения | Доли единицы или %мольн (ИЮПАК не рекомендует добавлять дополнительные метки после знака %) |
| формула |
|
Мольная доля может использоваться, например, для количественного описания уровня загрязнений в воздухе, при этом её часто выражают в частях на миллион (ppm — от англ. parts per million). Однако, как и в случае с другими безразмерными величинами, во избежание путаницы, следует указывать величину, к которой относится указанное значение.
Моляльность (молярная весовая концентрация, моляльная концентрация)[править | править код]
| определение | Моляльная концентрация (моляльность,[5] молярная весовая концентрация) — количество растворённого вещества (число моль) в 1000 г растворителя. |
|---|---|
| обозначение |  Примечание: чтобы не путать с массой, в тех формулах где применяется моляльность, массу обозначают как 
|
| единицы измерения | моль/кг.
Также распространено выражение в «моляльности». Так, раствор с концентрацией 0,5 моль/кг называют 0,5-мольным. |
| формула |
где:
|
Следует обратить особое внимание, что, несмотря на сходство названий, молярная концентрация и моляльность — величины различные. Прежде всего, в отличие от молярной концентрации, при выражении концентрации в моляльности расчёт ведут на массу растворителя, а не на объём раствора. Моляльность, в отличие от молярной концентрации, не зависит от температуры.
Массовая концентрация (Титр)[править | править код]
| определение | Массовая концентрация — отношение массы растворённого вещества к объёму раствора. |
|---|---|
| обозначение |  или — по рекомендации ИЮПАК[8].
|
| единицы измерения | доли,
%масс (для выражения в %масс следует умножить указанное выражение на 100 %) |
| формула |
где:
|
В аналитической химии используется понятие титр по растворённому или по определяемому веществу (обозначается буквой 
).
Концентрация частиц[править | править код]
| определение | Концентрация частиц — отношение числа частиц N к объёму V, в котором они находятся |
|---|---|
| обозначение | — по рекомендации ИЮПАК[9].
однако также часто встречается обозначение |
| единицы измерения | м−3 — в системе СИ,
1/л |
| формула |
где:
|
Весообъёмные (массо-объёмные) проценты[править | править код]
Иногда встречается использование так называемых «весообъёмных процентов»[10], которые соответствуют массовой концентрации вещества, где единица измерения г/(100 мл) заменена на процент. Этот способ выражения используют, например, в спектрофотометрии, если неизвестна молярная масса вещества или если неизвестен состав смеси, а также по традиции в фармакопейном анализе.[11] Стоит отметить, что поскольку масса и объём имеют разные размерности, использование процентов для их соотношения формально некорректно. Также международное бюро мер и весов[12] и ИЮПАК[13] не рекомендуют добавлять дополнительные метки (например «% (m/m)» для обозначения массовой доли) к единицам измерения.
Другие способы выражения концентрации[править | править код]
Существуют и другие, распространённые в определённых областях знаний или технологиях, методы выражения концентрации. Например, при приготовлении растворов кислот в лабораторной практике часто указывают, сколько объёмных частей воды приходится на одну объёмную часть концентрированной кислоты (например, 1:3). Иногда используют также отношение масс (отношение массы растворённого вещества к массе растворителя) и отношение объёмов (аналогично, отношение объёма растворяемого вещества к объёму растворителя).
Применимость способов выражения концентрации растворов, их свойства[править | править код]
В связи с тем, что моляльность, массовая доля, мольная доля не включают в себя значения объёмов, концентрация таких растворов остаётся неизменной при изменении температуры. Молярность, объёмная доля, титр, нормальность изменяются при изменении температуры, так как при этом изменяется плотность растворов. Именно моляльность используется в формулах повышения температуры кипения и понижения температуры замерзания растворов.
Разные виды выражения концентрации растворов применяются в разных сферах деятельности, в соответствии с удобством применения и приготовления растворов заданных концентраций. Так, титр раствора удобен в аналитической химии для волюмометрии (титриметрического анализа) и т. п.
Формулы перехода от одних выражений концентраций к другим[править | править код]
В зависимости от выбранной формулы погрешность конвертации колеблется от нуля до некоторого знака после запятой.
От молярности к нормальности[править | править код]
,
где:
От молярности к титру[править | править код]
- ,
где:
- — молярная концентрация;
- — молярная масса растворённого вещества.
Если молярная концентрация выражена в моль/л, а молярная масса — в г/моль, то для выражения ответа в г/мл его следует разделить на 1000 мл/л.
От массовой доли к молярности[править | править код]
- ,
где:
Если плотность раствора выражена в г/мл, а молярная масса в г/моль, то для выражения ответа в моль/л выражение следует домножить на 1000 мл/л. Если массовая доля выражена в процентах, то выражение следует также разделить на 100 %.
От массовой доли к титру[править | править код]
- ,
где:
От моляльности к молярности[править | править код]
где:
- — моляльность,
- — масса растворителя,
- — суммарный объём раствора,
От моляльности к мольной доле[править | править код]
- ,
где:
- — моляльность,
- — молярная масса растворителя.
Если моляльность выражена в моль/кг, а молярная масса растворителя в г/моль, то единицу в формуле следует представить как 1000 г/кг, чтобы слагаемые в знаменателе имели одинаковые единицы измерения.
Сводная таблица[править | править код]
| ωB | φB | xB | cB | CB | mB | TB | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| массовая доля | г/г | ωB | 
|
|
|
|
|
|
|
| объёмная доля | л/л | φB | 
|
|
|||||
| мольная доля | моль/моль | xB | 
|
|
|
|
|||
| молярность | моль/л | cB | 
|
|
|
|
|||
| нормальность | моль-экв/л | c((1/z) B) | 
|
|
|||||
| концентрация частиц | 1/л | CB | 
|
|
|
||||
| моляльность | моль/кгр-ля | mB | 
|
|
|||||
| титр | г/мл | TB | 
|
|
|
- — моляльность вещества B,
- — масса вещества B,
- — масса растворителя,
- — масса раствора,
- — титр (массовая концентрация) B,
- — плотность вещества B,
- — плотность раствора,
- — суммарный объём раствора,
- — постоянная Авогадро,
- — количество частиц вещества В,
- — количество вещества В,
- — количество раствора,
- — молярная масса,
Примечания[править | править код]
- ↑ International Union of Pure and Applied Chemistry. concentration (англ.) // IUPAC Compendium of Chemical Terminology. — Research Triagle Park, NC: IUPAC. — ISBN 0967855098. — doi:10.1351/goldbook.C01222. Архивировано 20 июля 2018 года.
- ↑ International Union of Pure and Applied Chemistry. fraction (англ.) // IUPAC Compendium of Chemical Terminology. — Research Triagle Park, NC: IUPAC. — ISBN 0967855098. — doi:10.1351/goldbook.F02494. Архивировано 20 августа 2018 года.
- ↑ IUPAC Gold Book internet edition: «concentration».
- ↑ International Union of Pure and Applied Chemistry. IUPAC Gold Book – mass fraction, w (англ.). goldbook.iupac.org. Дата обращения: 11 декабря 2018. Архивировано 13 декабря 2018 года.
- ↑ 1 2 3 Z. Sobecka, W. Choiński, P. Majorek. Dictionary of Chemistry and Chemical Technology: In Six Languages: English / German / Spanish / French / Polish / Russian. — Elsevier, 2013-09-24. — С. 641. — 1334 с. — ISBN 9781483284439.
- ↑ International Union of Pure and Applied Chemistry. IUPAC Gold Book – amount concentration, c (англ.). goldbook.iupac.org. Дата обращения: 11 декабря 2018. Архивировано 21 декабря 2018 года.
- ↑ International Union of Pure and Applied Chemistry. IUPAC Gold Book – amount fraction, x ( y for gaseous mixtures) (англ.). goldbook.iupac.org. Дата обращения: 11 декабря 2018. Архивировано 22 декабря 2018 года.
- ↑ International Union of Pure and Applied Chemistry. IUPAC Gold Book – mass concentration, γ, ρ (англ.). goldbook.iupac.org. Дата обращения: 16 декабря 2018. Архивировано 7 декабря 2018 года.
- ↑ International Union of Pure and Applied Chemistry. IUPAC Gold Book – number concentration, C,n (англ.). goldbook.iupac.org. Дата обращения: 11 декабря 2018. Архивировано 22 декабря 2018 года.
- ↑ Способы приготовления растворов на МедКурс. Ru. Дата обращения: 24 апреля 2012. Архивировано 29 октября 2012 года.
- ↑ Бернштейн И. Я., Каминский Ю. Л. Спектрофотометрический анализ в органической химии. — 2-е изд. — Ленинград: Химия, 1986. — с. 5
- ↑ The International System of Units (SI). www.bipm.org. Дата обращения: 23 декабря 2018. Архивировано из оригинала 14 августа 2017 года.
- ↑ Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry. www.iupac.org. Дата обращения: 23 декабря 2018. Архивировано из оригинала 20 декабря 2016 года.
В реальности, химики редко работают с чистыми веществами. В большинстве своем для работы, при проведении химических реакций, расчетов по ним используются различные растворы.
Раство́р — гомогенная (однородная) смесь, состоящая из частиц растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия
Подробнее о процессе растворения мы поговорим в следующих статьях.
При решении расчетных задач нам нудно уметь находить количество чистого вещества, находящегося в растворе. Это необходимо затем, что, как правило, в химическое взаимодействие вступает вещество, а не дополнительные продукты, которое оно содержит: примеси, если это не чистое вещество, компоненты растворителя, или инертные для данного химического процесса компоненты смеси (если это смесь веществ).
Если мы работаем с 500 граммами раствора, в котором всего 10 грамм чистого вещества, то в расчеты мы берем 10 грамм, а не 500! – пример, почему необходимо уметь вычислять количественные характеристики чистого вещества.
Способы выражения концентрации растворов
Существуют различные способы выражения концентраций растворов. В задачах могут встретиться любые из них. Рассмотрим основные из них более подробно.
I. Массовая доля вещества
Массовая доля – отношение массы чистого вещества к массе всего раствора. Данная величина безразмерная (говорят доля от единицы, всегда меньше 1, или равна единице для чистого вещества), или выражается в %.
Очень часто можно встретить запись запись, например NaOH, 15% – это значит, что из всей массы раствора на долю гидроксида натрия (NaOH) приходится только 15 %.
Следует не забывать, что масса раствора = масса растворителя + масса чистого вещества.
Зная массовую долю вещества, нетрудно выразить формулу для расчета массы чистого вещества:
В некоторых задачах масса раствора может быть не дана в условии. В этом случае мы сами можем её задать. Как правило в таких случаях, мы задаём массу раствора как 100 г. Дальнейший расчет ведется уже исходя из заданной массы (если требуется перевести одну концентрацию в другую).
Приведем примеры задач:
Мы специально делаем подробное решение, чтобы отследить ход мыслей.
Решим аналогичную задачу:
Более часто встречаются задачи, в которых требуется приготовить раствор из другого раствора путем добавления чистого вещества (в этом случае концентрация увеличится), растворителя (концентрация уменьшится) или другого раствора (концентрация займёт промежуточное значение).
Рассчитайте массу соли, которую необходимо добавить к 150 г 10% -го раствора, чтобы концентрация полученного раствора стала 15%?
Данную задачу можно решать различными способами. В настоящий момент приведем только один (более длинный, но более понятный). Для решения таких задач другим способом мы подготовим видео.
Задачи, в которых добавляется растворитель – решаются проще.
Какое количество воды необходимо добавить к 200 г 15%-го раствора, чтобы его концентрация стала 10%?
Для решения задач, в которых смешиваются два раствора, имеющих различные концентрации, можно использовать следующий алгоритм:
1. Рассчитать количество чистого вещества в обоих растворах и сложить их.
2. Поделить полученное число на сумму масс растворов. Домножить на 100 %.
Решим для примера следующую задачу
Смешали 200 г 10%-го раствора серной кислоты и 100 г 20-% го. Какая массовая доля стала у получившегося раствора?
II. Молярная концентрация вещества
Молярная концентрация вещества – отношение количества вещества к объему раствора. Данная величина показывает нам, сколько (моль) вещества растворено в 1 литре раствора. Единица измерения – моль/л.
Обозначается молярная концентрация заглавной буквой C
В химической лаборатории очень часто для обозначения концентрации используется именно данная величина.
Очень часто, на химических склянках можно увидеть следующие обозначения:
Таким способом также обозначается молярная концентрация. Число перед буквой М обозначает концентрацию: 1 моль/л; 0,1 моль/л; 0,02 моль/л; 3 моль/л; 0,5 моль/л.
Можно также встретить в задачах такое обозначение, связанное с данной формой записи: молярный раствор (1 М) – раствор, концентрация которого составляет 1 моль/л. Децимолярный раствор (0,1 М) – 0,1 моль/л; сантимолярный раствор (0,01 М) – 0,01 моль/л.
Решим некоторые задачи, в которых используется молярная концентрация:
Для приготовления раствора сульфата натрия навеску, содержащую 14,2 г соли растворили в 500 мл воды и довели до метки.
Доведение до метки обозначает, что объем приготовленного раствора составляет (в данном случае) 500 мл.
Часто требуется рассчитать количество вещества:
Прежде чем проводить расчет по уравнению химических реакций, необходимо найти количество вещества.
III. Моляльная концентрация
Моляльная концентрация – отношение количества (моль) растворенного вещества к массе растворителя. Данная концентрация показывает нам, сколько моль вещества необходимо добавить к 1 кг растворителя (воды, например), чтобы получить нужную концентрации. Обозначается данная концентрация См, а измеряется в моль/кг(растворителя).
IV. Мольная доля
Мольная доля – отношение количества вещества к сумме количеств всех компонентов раствора. Данная физическая величина не имеет размерности.
Сумма всех мольных долей раствора равна “1”.
Данная физическая величина нашла широкое применение в химической химии для описания равновесных термодинамических процессов.
V. Титр
Титр – отношение массы вещества к единице объема (выраженного в миллилитрах). Титр показывает, сколько грамм вещества находится в каждом миллилитре раствора. обозначается как “Т” и измеряется в г/мл.
Титр – очень маленькая величина, так как в в 1 миллилитре раствора может находиться незначительное количество вещества.
Титр нашел широкое применение в аналитической химии.
В заключении
По данной теме существует огромное количество расчетных задач. Многие из них мы рассмотрим в следующих статьях. О пока…
Проверьте, как Вы усвоили материал.
Задание №1. Перейдите к гугл-форме и ответьте на вопросы (базовый уровень):
https://forms.gle/7u32uLfxRk1Yug7a8
Задание №2. Решите расчетные задачи: https://vk.com/page-205267346_56951920 (повышенный уровень)
Задание №3. Решите следующую задачу:
Какова молярная концентрация 12%-ного раствора серной кислоты (H2S04) с плотностью р = 1,08 г/см3. Рассчитайте титр данного вещества, моляльную концентрацию, мольную долю.
Отчет о решении задач пришли в беседу “Учебный класс”:
https://vk.me/join/DKsyQe2p0hJ2Wdoch1XOTwi_qZEJow1udOM=
