Виды концентраций. Приготовление растворов

Взависимости от растворителя различают водные и неводные растворы. Неводные растворы — это растворы веществ в органи­ческих растворителях.

По точности выражения концентрации растворы делят на рас­творы приблизительной и точной концентрации.

Массовая доля — отношение массы данного компонента систе­мы к общей массе этой системы:

Часто массовую долю выражают в долях единицы, процентах (%), промилле (тысячная часть %) и в миллионных долях (млн^-1).

Молярная доля — отношение количества вещества (в моль) компонента, содержащегося в данной системе, к общему количе­ству вещества системы (в моль):

Молярная концентрация — отношение количества вещества л(Х), содержащегося в системе (например, в растворе), к объему системы V(X) и имеет размерность моль/м³ (в СИ) или, чаще, моль/л:

Молярность раствора записывается числовым значением моляр­ной концентрации растворенного вещества в моль/л с последу­ющей буквой М или словом «молярный».

Например, 1 М или одномолярный раствор, 0,1 М или деци-молярный, 0,01 М или сантимолярный, 0,001 М или миллимо-лярный растворы.

Еще пример. Масса моля серной кислоты равна 98,08 г, значит, в литре 1 М раствора серной кислоты содержится 98,08 г H₂S0₄ , а в литре 0,1 М раствора — соответственно 9,808 г H₂S0₄.

Молярная концентрация эквивалента — отношение числа моль-эквивалентов в системе к объему этой системы:

где — число моль-эквивалентов; — молярная

масса эквивалента вещества; — масса одного моль-эквивалента этого вещества, равная произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества

Фактор эквивалентности обозначает долю реальной ча-

стицы вещества эквивалентной одному иону водорода в данной кислотно-основной реакции или одному электрону в данной окис­лительно-восстановительной реакции.

Согласно рекомендации Международного союза теоретической и прикладной химии раствор, содержащий 1 моль-эквива-

лент вещества можно называть нор-

мальным раствором этого вещества и обозначать символом «н.» с указанием в скобках фактора эквивалентности, например,

Молярная масса эквивалента вещества X равна произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества М(Х):

и имеет размерность молярной массы.

Моляльная концентрация — отношение количества рас-

творенного вещества X (в молях) к массе т растворителя Y (в кило­граммах):

Термином моляльность предпочтительнее пользоваться в слу­чае реакций, протекающих в неизотермических условиях.

Массовая концентрация р(Х) — отношение массы компонен­та, содержащегося в системе (растворе), к объему этой системы (раствора).

Для растворов:

Плотность раствора — отношение массы раствора к его объему:

Связь между плотностью раствора, массовой долей и молярной концентрацией выражается уравнениями:

Титр раствора — масса вещества содержащегося в 1 см³

или 1 мл раствора:

На практике обычно выражают в граммах на миллилитр

(г/мл).

Связь между титром раствора и другими видами концентраций выражается уравнениями:

Титр раствора, г/мл, по определяемому компоненту (веще­ству) — отношение массы определяемого компонента (вещества) к эквивалентному объему стандартного раствора:

показывает, какая масса определяемого компонента (вещества) X реагирует с 1 мл стандартного раствора реагента Y. Связь между титром по определяемому компоненту (веществу) и другими ви­дами концентраций выражается уравнениями:

где — стехиометрические коэффициенты веществ X и Y в

уравнении реакции:

Приготовление растворов

Приготовление растворов заданной концентрации начинается с расчетов, затем взвешивания навески, переноса навески в мер­ную колбу, разбавления, перемешивания и доведения раствора до метки.

Например, необходимо приготовить 1 л 1 М раствора (молярная масса равна 106г/моль). Взвешивают 1 моль

(106,0000 г) переносят с помощью воронки в литровую

мерную колбу, затем в колбу наливают дистиллированную воду на ²/з объема. Закрывают колбу пробкой и растворяют соль при пере­мешивании. Нагревание мерных колб для ускорения растворения навесок не допускается, так как приводит к изменению их норми­рованного объема (даже после охлаждения). Затем объем раствора доводят до 1 л, аккуратно добавляя дистиллированную воду до мет-

ки по нижнему мениску. Колбу закрывают пробкой, снова переме­шивают, делают надпись специальным карандашом по стеклу.

Для приготовления растворов с процентной концентрацией рассчитывают массу растворяемого вещества и массу растворителя.

Пример. Сколько необходимо взять соли и воды для приго­товления 1,5 кг 10%-го раствора хлорида натрия?

Расчет проводят по пропорции: 100:10 = 1500:х, откуда х = = 1500-10/100= 150 г.

Таким образом, соли нужно взвесить 150 г, а воды нужно взять 1500 - 150 = 1350 г.

Если требуется получить 1,5 л того же раствора, то узнают плот­ность раствора из справочных таблиц и рассчитывают массу 1,5 л раствора хлорида натрия. Плотность 10%-го раствора NaCl равна 1,174 г/см³, масса 1500-1,174 = 1761 г, и тогда из пропорции 100:10 = 1761 :х раствора определяют

Следовательно, для приготовления 1,5 кг и 1,5 л раствора тре­буются разные количества вещества.

Массу кристаллогидрата рассчитывают с учетом кристаллиза­ционной воды.

Пример. Сколько граммов Na₂S0₄- 10H₂O необходимо взять для приготовления 1 кг 10%-го раствора Na₂S0₄.

Молярная масса Na₂S0₄ равна 142,04 г/моль, a Na₂S0₄- 10H₂O составляет 322,20 г/моль.

Расчет ведут сначала на безводную соль по пропорции 100:10 = = 1000: х:

Массу кристаллогидрата находят из пропорции 142,04:322,20 = = 100:х:

Воды в этом случае нужно взять:

Готовить и разбавлять растворы веществ можно в мерной посу­де (химические стаканы с делениями, мерные бутыли). Так гото­вят растворы с приблизительной концентрацией.

Для приготовления растворов с точной концентрацией исполь­зуют мерные колбы и химически чистые (х.ч.) реактивы. При не­обходимости точную концентрацию раствора определяют объем­ным методом, используя известное из курса аналитической химии уравнение для закона эквивалентов:

где — объем титрованного раствора (титранта), мл; — нор­мальность титрованного раствора (титранта); — объем рабочего раствора, мл; — нормальность рабочего раствора.

Для быстрого приготовления растворов веществ (кислот, ще­лочей, солей) с точной концентрацией применяют фиксаналы — стеклянные ампулы, запаянные с двух сторон, содержащие веще­ства, необходимые для приготовления 1 л растворов с молярной концентрацией эквивалента, указанной на ампуле.

Для приготовления раствора содержимое ампулы переносят в мерную колбу, наливают до половины ее объема дистиллирован­ной воды и осторожно встряхивают до полного растворения веще­ства. После чего доводят объем до метки.

В лабораторной практике приготовление растворов — одна из самых часто повторяющихся операций. Уметь рассчитать, правильно приготовить растворы неорганических и органических веществ — один из обязательных навыков, которым должен владеть химик.