Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

2.2: Концентрація

Концентрація - це загальна одиниця вимірювання, яка повідомляє про кількість розчиненої речовини, присутньої у відомій кількості розчину.

concentration=amount of soluteamount of solution

Хоча ми пов'язуємо терміни «розчинений» та «розчин» з рідкими зразками, ми можемо також розширити їх використання на газофазні та твердофазні зразки. У таблиці Template:index наведено найбільш поширені одиниці концентрації.

Таблиця Template:index: Загальні одиниці для концентрації звітності
Ім'я Одиниці Символ
молярність moles soluteliters solution М
формальності moles soluteliters solution F
нормальності equivalents soluteliters solution П
моляльність moles solutekilograms solvent м
вага відсоток grams solute100 grams solution % Вт/Вт
обсяг відсоток mL solute100 mL solution % в/в
вага до обсягу відсоток grams solute100 mL solution % Вт/в
частин на мільйон grams solute106 grams solution проміле
частин на мільярд grams solute109 grams solution ppb

Альтернативним виразом для вагового відсотка є

grams solutegrams solution×100 

Подібні альтернативні вирази можна використовувати для відсотків об'єму та відсотків від ваги до обсягу.

Молярність і формальність

І молярність, і формальність виражають концентрацію як молі розчиненої речовини на літр розчину; однак між ними є тонка різниця. Молярність - це концентрація конкретного хімічного виду. Формальність, з іншого боку, - це загальна концентрація речовини без урахування його специфічної хімічної форми. Немає різниці між молярністю сполуки та формальністю, якщо вона розчиняється без дисоціації на іони. Формальна концентрація розчину глюкози, наприклад, така ж, як і його молярність.

Для з'єднання, яке іонізується в розчині, такого як CaCl 2, молярність і формальність різні. При розчиненні 0,1 моль CaCl 2 в 1 л води розчин містить 0,1 моль Са 2 + і 0,2 моль Cl . Отже, молярність CaCl 2 дорівнює нулю, оскільки в розчині немає нероз'єднаного CaCl 2; натомість розчин становить 0,1 М у Са 2 + і 0,2 М в Cl -. Однак формальність CaCl 2 становить 0,1 F, оскільки вона являє собою загальну кількість CaCl 2 в розчині. Це більш суворе визначення молярності, в кращу чи гіршу сторону, багато в чому ігнорується в сучасній літературі, як це є в цьому підручнику. Коли ми стверджуємо, що розчин становить 0,1 M CaCl 2, ми розуміємо, що він складається з Ca 2 + та Cl - іонів. Ми зарезервуємо одиницю формальності до ситуацій, коли вона забезпечує більш чіткий опис хімії розчинів.

Молярність використовується настільки часто, що ми використовуємо символічне позначення для спрощення його вираження в рівняннях і в письмовій формі. Квадратні дужки навколо виду вказують на те, що ми маємо на увазі молярність цього виду. Таким чином, [Ca 2 +] читається як «молярність іонів кальцію».

Для розчиненої речовини, яка розчиняється, не піддаючись іонізації, молярність і формальність мають однакове значення. Розчин, який становить 0,0259 М в глюкозі, наприклад, становить 0,0259 F в глюкозі, а також.

Нормальність

Нормальність - це одиниця концентрації, яка більше не використовується; однак, оскільки ви можете зіткнутися з нормальністю в старих довідниках аналітичних методів, корисно зрозуміти її значення. Нормальність визначає концентрацію з точки зору еквівалента, який є кількістю одного хімічного виду, який реагує стехіометрично з іншим хімічним видом. Зауважте, що це визначення робить еквівалентну, а отже, і нормальність, функцію хімічної реакції, в якій бере участь вид. Хоча розчин H 2 SO 4 має фіксовану молярність, його нормальність залежить від того, як він реагує. Більш детальне лікування нормальності ви знайдете в Додатку 1.

Одним з посібників, який все ще використовує нормальність, є Стандартні методи експертизи води та стічних вод, спільна публікація Американської асоціації громадського здоров'я, Американської асоціації водопровідних робіт та Федерації водного середовища. Цей посібник є одним з основних ресурсів для екологічного аналізу води та стічних вод.

Моляльність

Моляльність використовується в термодинамічних розрахунках, де потрібна незалежна від температури одиниця концентрації. Молярність заснована на обсязі розчину, який містить розчинену речовину. Оскільки щільність є залежною від температури властивістю, обсяг розчину і, отже, його молярна концентрація, змінюється з температурою. Використовуючи масу розчинника замість обсягу розчину, отримана концентрація стає незалежною від температури.

Вага, об'єм та відсоток ваги до обсягу

Ваговий відсоток (% w/w), об'ємний відсоток (% v/v) та відсоток ваги до обсягу (% w/v) виражають концентрацію як одиниці розчиненої речовини, присутні в 100 одиницях розчину. Розчин, який становить 1,5% в/в NH 4 NO 3, наприклад, містить 1,5 грама NH 4 NO 3 в 100 мл розчину.

Частини на мільйон і частин на мільярд

Частини на мільйон (ppm) і частини на мільярд (ppb) - це співвідношення, які дають грами розчиненої речовини в відповідно один мільйон або один мільярд грамів зразка. Наприклад, зразок сталі, який становить 450 проміле в Мн, містить 450 мкг Mn на кожен грам сталі. Якщо наблизити щільність водного розчину як 1,00 г/мл, то ми можемо експресувати концентрації розчину в проміле або ppb за допомогою наступних співвідношень.

ppm=μgg=mgL=μgmLppb=ngg=μgL=ngmL

Для газів частина на мільйон зазвичай виражається у вигляді об'ємного співвідношення; наприклад, концентрація гелію 6,3 проміле означає, що один літр повітря містить 6,3 мкл He.

Ви повинні бути обережними при використанні частин на мільйон і частин на мільярд, щоб висловити концентрацію водного розчиненого речовини. Різниця між концентрацією розчиненої речовини в мг/л і нг/г, наприклад, є значною, якщо щільність розчину не становить 1,00 г/мл. З цієї причини багато організацій радять не використовувати абревіатуру ppm і ppb (див. Розділ 7.10.3 на www.nist.gov). Якщо є сумніви, включіть точні одиниці, такі як 0,53 мкг Pb 2 + /L для концентрації свинцю в зразку морської води.

Перетворення між одиницями концентрації

Найбільш поширеними способами вираження концентрації в аналітичній хімії є молярність, ваговий відсоток, відсоток обсягу, відсоток ваги до обсягу, частини на мільйон і частини на мільярд. Загальне визначення концентрації в Equation\ ref {2.1} дозволяє легко конвертувати між одиницями концентрації.

Приклад Template:index

Концентрований розчин аміаку становить 28,0% w/w NH 3 і має щільність 0,899 г/мл. Яка молярна концентрація NH 3 в цьому розчині?

Рішення

28.0 g NH3100 g soln×0.899 g solnml soln×1 mol NH317.03 g NH3×1000mLL=14.8 M

Приклад Template:index

Гранично допустима концентрація іонів хлориду в комунальному питному водопостачанні становить2.50×102 проміле Cl . Коли подача води перевищує цю межу, вона часто має характерний солоний смак. Яка еквівалентна молярна концентрація Cl ?

Рішення

2.50×102 mg ClL×1 g1000 mg×1 mol Cl35.453 gCl=7.05×103 M

Вправа Template:index

Який розчин - 0,50 М NaCl або 0,25 M SrCl 2 - має більшу концентрацію при вираженні в мг/мл?

Відповідь

Концентрації двох розчинів є

0.50 mol NaClL×58.44 g NaClmol NaCl×106μgg×1L1000 mL=2.9×104μg/mL NaCl

0.25 mol SrCl2L×158.5 g SrCl2mol SrCl2×106μgg×1L1000 mL=4.0×104μg/ml SrCl2

Розчин SrCl 2 має більшу концентрацію, коли він виражається в мкг/мл замість в моль/л.

P-функції

Іноді незручно використовувати одиниці концентрації в таблиці Template:index. Наприклад, під час хімічної реакції концентрація виду може змінюватися на багато порядків. Якщо ми хочемо відобразити прогрес реакції графічно, ми можемо помістити концентрацію реагенту як функцію обсягу реагенту, доданого до реакції. Такий випадок на малюнку Template:index для титрування HCl з NaOH. Вісь y у лівій частині малюнка відображає [H +] як функцію об'єму NaOH. Початковий [Н +] становить 0,10 М, а його концентрація після додавання 80 мл NaOH становить4.3×1013 М. Ми легко можемо стежити за зміною [H +] для додавання перших 50 мл NaOH; однак для решти обсягів NaOH зміна в [H +] занадто мала, щоб побачити.

Графік з об'ємом NaOH в мілілітрах вздовж горизонтальної осі з молярністю іонів H+ на лівій вертикальній осі і pH на правій вертикальній осі. Зі збільшенням обсягу NaOH концентрація Н+ повільно падає до нуля і рН збільшується поступово до досягнення 50 мл, після чого відбувається сплеск рН.
Рисунок Template:index: Дві криві, що показують хід титрування 50,0 мл 0,10 М HCl з 0,10 М NaOH. [H +] показано на лівій осі y, а pH на правій осі y.

При роботі з концентраціями, які охоплюють багато порядків, часто зручніше виражати концентрацію за допомогою p-функції. p-функція X записується як p X і визначається як

pX=log(X)

РН розчину, який становить 0,10 М Н +, наприклад, становить

pH=log[H+]=log(0.10)=1.00

і рН4.3×1013 М Н + дорівнює

pH=log[H+]=log(4.3×1013)=12.37

Рисунок Template:index показує, що побудова pH як функції об'єму NaOH дає більш корисну інформацію про те, як змінюється концентрація H + під час титрування.

Більш підходящим рівнянням для рНaH+ є те,pH=log(aH+) де активність іона водню. Докладніше див. Розділ 6.9. Наразі приблизногоpH=log[H+] рівняння достатньо.

Приклад Template:index

Що таке пНК для розчину1.76×103 М Na 3 PO 4?

Рішення

Оскільки кожен моль Na 3 PO 4 містить три молі Na +, концентрація Na + становить

[Na+]=(1.76×103 M)×3 mol Na+mol Na3PO4=5.28×103 M

і пНК

pNa=log[Na+]=log(5.28×103)=2.277

Пам'ятайте, що pNA 2.777 має три, а не чотири значні цифри; 2, що з'являється на місці, вказує на потужність 10, коли ми пишемо [Na +] як0.528×102 М.

Приклад Template:index

Що таке [Н +] в розчині, який має рН 5,16?

Рішення

Концентрація Н + становить

pH=log[H+]=5.16

log[H+]=5.16

[H+]=105.16=6.9×106 M

Нагадаємо, що якщо log (X) = a, то X = 10 a.

Вправа Template:index

Які значення для pNA і PSO 4, якщо ми розчиняємо 1,5 г Na 2 SO 4 в загальному обсязі розчину 500,0 мл?

Відповідь

Концентрації Na + іSO24 є

1.5 g Na2SO40.500L×1 mol Na2SO4142.0 g Na2SO4×2 mol Na+mol molNa2SO4=4.23×102 M Na+

1.5 g Na2SO40.500L×1 mol Na2SO4142.0 g Na2SO4×1 mol SO24mol molNa2SO4=2.11×102 M SO24

Значення pNA і PSO 4 є

pNa=log(4.23×102 M Na+)=1.37

pSO4=log(2.11×102 M SO24)=1.68