Молярність

Навички для розвитку

• Розрізняють частини розчину
• Визначте одиниці для концентрації

Концентрація означає, скільки чогось є в заданому обсязі, ніби як щільність, за винятком того, що вона описує розчини. Розчин - це якась сполука, яка називається розчиненою речовиною, яка розчиняється в іншому, більш рясному з'єднанні, званому розчинником. Щоб бути розчином, молекули або іони розчиненої речовини повинні бути відокремлені один від одного і оточені молекулами розчинника або іонами. Якщо дуже маленькі шматочки однієї сполуки змішуються в іншу сполуку, але фактично не розчинені в молекули або іони, це називається суспензією (твердою речовиною в рідині) або емульсією (дві рідини). У розчині як розчиненою речовиною, так і розчинником може бути будь-яка фаза, тверда, рідка або газ. Концентрація розчину - це кількість розчиненої речовини, розділене на загальну кількість розчину, як правило. Однак існує багато різних одиниць, що використовуються для концентрації, і деякі з них припускають, що розчинника набагато більше, ніж розчиненої речовини, що ви можете використовувати кількість розчинника замість кількості розчину.

Одиниці для концентрації

Існує багато-багато одиниць, що використовуються для концентрації. Деякі в основному використовуються для опису концентрованих розчинів (які містять багато розчиненої речовини), а інші в основному використовуються для опису розбавлених розчинів (які мають дуже мало розчинених речовин). Найпоширенішою одиницею в хімії є молярність (скорочено M), яка являє собою молі розчиненої речовини, розділені на літри розчину.

$$Molarity=\frac{(moles\; of\; solute)}{(liters\; of\; solution)}$$

Наприклад, якщо ви розчиняєте 1 моль NaCl в 1 л води, тобто 1 М (читайте «1 моляр») розчин NaCl.

Ще одна поширена одиниця - вага%, що означає

$$Weight\; (Mass)\; \%=\frac{(mass\; of\; solute)}{(mass\; of\; solution)}\; \times 100\%$$

Це часто використовується для дуже концентрованих розчинів. Для дуже розбавлених розчинів ви побачите проміле (частин на мільйон) або ppb (частин на мільярд):

$$ppm=\frac{(mass\; of\; solute)}{(mass\; of\; solution)}\; \times 10^{6}$$

$$ppb=\frac{(mass\; of\; solute)}{(mass\; of\; solution)}\; \times 10^{9}$$

Багато сполук важливі навіть при цих дуже низьких концентраціях. Деякі хімічні речовини, що використовуються в сільському господарстві чи промисловості, називаються «ендокринними порушниками», і дослідження показують, що вони можуть бути небезпечними для живих істот на рівні ppb. (Приклад анотації наукової роботи: зверніть увагу, що ppm описується як «висока концентрація».) У напівпровідниках, з яких виготовлені комп'ютерні чіпи та світлодіоди, тверді розчини рівня ppm забезпечують основні властивості.

Приклад

HCl (хлористий водень) - це дійсно неприємний, небезпечний газ, але розчинений у воді він робить зручну кислоту (соляну кислоту) для багатьох застосувань в лабораторії або в промисловості. Працюючи з розчинами HCl в лабораторії, ми часто хочемо виміряти масу обсягу використовуваного розчину і знати, скільки молей HCl ми додали. На жаль, коли ви купуєте HCl, він зазвичай поставляється як концентрований HCl, і пляшка скаже щось на кшталт "32% за вагою, щільність 1.1593». Перетворіть це на молярність.

Щоб вирішити цю проблему, нам потрібно думати про це як про перетворення одиниць. Хороший трюк для боротьби з% кількостей - це просто перевести це в г/г, ось так: 32 вага% = (32 г HCl)/(100 г розчину). Тепер робимо звичайне перетворення одиниць:

$$\left(\dfrac{32\; \cancel{g\; HCl}}{100\; \cancel{g\; solution}}\right) \left(\dfrac{1\; mol\; HCl}{36.46\; \cancel{g\; HCl}}\right) \left(\dfrac{1.1593\; \cancel{g}}{1\; \cancel{mL\; solution}}\right) \left(\dfrac{\cancel{1000\; mL}}{1\; L}\right)=10\; M\; HCl$$

Тут ми почали з одиниць г HCl/г розчину, і перетворили г HCl в молі, а г розчину в літри використовуючи щільність, яка становить (г/мл). Зверніть увагу, що кількість значущих цифр досить низька. Це пов'язано з тим, що газ HCl може випаровуватися з розчину, як і вода, тому концентрація може трохи змінитися з часом. Якщо ви хочете точніше знати концентрацію, перегляньте наступний розділ про титрування, щоб дізнатися, як її виміряти.

Тепер припустимо, ви хочете зробити 2.5 M HCl за допомогою 10 M HCl. Вам потрібно буде його розбавити, а значить додати розчинник для зниження концентрації. Якщо ви хочете зробити 1 л 2,5 М HCl, скільки 10 M HCl ви розбавляєте?

Щоб вирішити це, ми все ще можемо думати про це як про перетворення одиниць. Ми хочемо 1 л 2,5 М розчину HCl. На першому кроці ми перетворимо на кількість молів HCl, необхідних для виготовлення цього рішення. На другому кроці ми знайдемо, скільки мл 10 М розчину має це число родимок HCl.

$$(1\; \cancel{L\; of\; 2.5\; M\; HCl}) \left(\dfrac{2.5\; \cancel{mol\; HCl}}{1\; \cancel{L\; of\; 2.5\; M\; HCl}}\right) \left(\dfrac{1000\; mL\; of\; 10\; M\; HCl}{10\; \cancel{mol\; HCl}}\right)=250\; mL\; of\; 10\; M\; HCl$$

Для приготування розчину візьмемо 250 мл 10 М HCl, і помістимо його в об'ємну колбу об'ємом 1 л, а потім додаємо воду повільно, при перемішуванні, поки обсяг не досягне позначки 1 л. Причина, по якій ми робимо це таким чином, замість того, щоб просто додавати 750 мл води, полягає в тому, що щільність може змінюватися через розчинену речовину. Якщо використовувати об'ємну колбу, то можемо бути впевнені, що у нас рівно 2,5 моль HCl в 1 л розчину.

Автори та атрибуція

• Template:ContribGreyLark