II ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРОВ

Подавляющее большинство реакций, используемых в анализе, осуществляются в растворах. Поэтому правильность и достоверность результатов анализа зависит от правильности приготовления растворов.

Для количественного выражения состава раствора применяют следующие виды концентраций: массовая доля вещества в растворе или процентная концентрация ω (%); молярная концентрация С_М (моль/л); эквивалентная или нормальная концентрация С_Н (моль/л). Состав раствора можно также выразить через его плотность ρ (г/мл).

1. Массовая доля вещества в растворе ω (%) показывает, сколько процентов масса растворенного вещества составляет от массы раствора:

m(вещества)

ω(%) = •100%

m(раствора)

Для приготовления определенной массы раствора с заданной массовой долей рассчитывают массу растворяемого вещества и воды. Затем берут навеску растворяемого вещества на технохимических весах, отмеривают мерным цилиндром воду, помещают их в стакан и перемешивают стеклянной палочкой до получения однородного раствора.

2. Молярная концентрация С_М (моль/л) показывает количество молей растворенного вещества в 1 литре раствора.

n m

С_М = = , где

V M•V

m – масса растворенного вещества, г;

М – его молярная масса, г/моль;

V – объем раствора, л.

Для приготовления определенного объема раствора заданной молярной концентрации рассчитывают только массу растворяемого вещества и взвешивают ее на аналитических весах. Навеску помещают в мерную колбу соответствующего объема, вливают в нее небольшой объем воды, в которой растворяют навеску. Затем в колбу доливают воду до метки, закрывают пробкой и перемешивают.

3. Эквивалентная или нормальная концентрация С_Н (моль/л) показывает число эквивалентов растворенного вещества, содержащихся в 1 литре раствора.

n_Э m m

С_Н = = = , где

V M_Э•V M•f_ЭКВ•V

m – масса растворенного вещества, г;

M_Э – молярная масса эквивалента (эквивалентная масса), г/моль;

М – его молярная масса, г/моль;

f_ЭКВ – фактор эквивалентности вещества;

V – объем раствора, л.

Готовят растворы заданной нормальной концентрации аналогично молярным, но при определении массы растворенного вещества для расчета используют не молярную массу вещества, а молярную массу его эквивалента.

4. Титр (от фр. titre – титул, качество, заглавие; от лат. titulus – надпись) раствора – показывает число граммов растворенного вещества в 1 мл или 1 см³ (г/мл; г/см³).

m

Т = , где

V

m – масса растворенного вещества, г;

V – объем раствора, мл.

Зная нормальность раствора и молярную массу эквивалента (эквивалентную массу) растворенного вещества, титр легко найти по формуле:

С_Н • M_Э

Т =

5. Выражение состава раствора через его плотность r основано на том, что с изменением содержания растворенного вещества в данной массе или объеме раствора плотность также изменяется.

Для быстрого, но приближенного определения плотности жидкости служит ареометр. Он представляет собой поплавок с дробью или ртутью и узким отростком – трубкой, в которой находится шкала с делениями. Ареометр погружается в различных жидкостях на различную глубину. При этом он вытесняет объемы этих жидкостей одной и той же массы, равной массе ареометра, а, следовательно, обратно пропорциональные их плотности.

Для определения плотности раствор наливают в высокий цилиндр и опускают ареометр так, чтобы он не касался стенок сосуда. То деление шкалы, до которого ареометр погружается в жидкость, показывает плотность этой жидкости. Показания ареометра отмечают по нижнему краю мениска.

Существуют и специально градуированные ареометры для измерения серной кислоты, спирта, нефтепродуктов, молока и т. д.

От плотности раствора можно перейти к его составу, пользуясь таблицами. Если в таблице нет величины, отвечающей значению на шкале ареометра, а есть близкие значения, то массовую долю вычисляют методом интерполяции (определение промежуточной величины по двум известным крайним).

Пример расчета концентрации раствора по его плотности.

1. Измеряют плотность раствора ареометром. Например, ρ (H₂SO₄) = 1,200 г/см³.

2. Находят в таблице (Приложение А, таблица 1) значения плотностей, в интервале которых находится экспериментальное значение, и соответствующие им концентрации ω (%).

ρ₁ = 1,174 г/см³, ω₁ = 24 %

ρ₂ = 1,205 г/см³, ω₂ = 28 %

3. Считают, что в этих интервалах концентрация раствора изменяется прямо пропорционально изменению плотности раствора. Находят разницу концентраций для соответствующей разницы плотностей:

Δ₁ = ρ₂ – ρ₁ = 1,205 – 1,174 = 0,031 г/см³

Δ₂ = ω₂ – ω₁ = 28 – 24 = 4 %.

4. Находят разницу между плотностью данного раствора и меньшей табличной величиной:

Δ₃ = ρ – ρ₁ = 1,200 – 1,174 = 0,026 г/см³

5. На основании пропорции находят поправку к концентрации раствора:

Δ₃ • Δ₂ 0,026 • 4

Δ₄ = = = 3,35 %

Δ₁ 0,031

6. Находят истинную концентрацию раствора:

ω (%) = ω₁ + Δ₄ = 24 + 3,35 = 27,35 %