СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ

Количественной характеристикой раствора служит его концентрация, то есть количество растворенного вещества в определенном количестве раствора или растворителя. Различают массовую долю, молярную и нормальную концентрации. В аналитической химии наряду с общими химическими понятиями широко используют ряд таких понятий, которые присуще только ей и помогают характеризовать состав раствора. К ним относятся титр, эквивалент, титр по определяемому веществу. Рассмотрим каждый из способов определения концентрации вещества.

Массовая доля (ω) - отношение массы соответствующего компонента в растворе m(x) к общей массе этого раствора. Выражается в единицах или процентах.

ω (х)= ; ω (х) %=  ∙ 100%,

где m раствора = m растворенного вещества + m растворителя;

Согласно формуле ρ= m/V, где ρ- плотность  раствора, m-масса,                                                                                                                    V- объем, тогда m раствора = Vраствора∙ ρ.

Численно массовая доля равна числу граммов вещества, растворенного в 100г раствора. Массовая доля всегда рассчитывается на безводное вещество. Масса растворенного вещества рассчитывается с точностью до третьего знака- 0,00Х.

Молярная концентрация (С_м) - отношение количества растворенного вещества к объему раствора.

Численно (С_м) равна количеству молей растворенного вещества, содержащегося в 1 л. раствора). Выражается она в моль/л. Сокращенно пишут М. Например, 2М (NaOH).

С_м= ,

где 1моль/л = 1М раствор – одномолярный раствор (в 1 л раствора содержится 1 моль растворенного вещества);

0,1М – децимолярный раствор; 0,01М – сантимолярный раствор; 0,001М – милимолярный раствор.

Концентрация веществ в биологических жидкостях измеряется в миллимолях растворенного вещества содержащего в литре раствора (мМ/л). Так, содержание глюкозы в крови у здорового человека должно быть 5,8 мМ/л.

Молярная концентрация эквивалента (Нормальная концентрация С_N или Н)- количество моль эквивалентов вещества, содержащегося в 1 л раствора

С_N= .

Единица измерения моль эквивалентов/л, Сокращенно обозначается буквой N. Если раствор 1Н раствор – в 1 л раствора содержится 1 эквивалент или 1 эквивалентная масса вещества; 0,1Н –О,1мольэквивалента растворенного вещества, раствор деценормальный.;

0,01М – сантинормальный раствор; Например, 0.1Н HCL означает, что в 1 литре такого раствора содержится 0,1моль эквивалент НСl. Если эквивалентная масса соляной кислоты равна 36,5г, то в 1 л 0,1Н раствора содержится 3,65г НС1. Эквивалентом вещества называется такое количество его, которое взаимодействует с одним моль атомов водорода или вообще с одним эквивалентом любого другого вещества.  Обозначается эквивалент                                                                                                Э (Х), выражается в молях.

Масса одного эквивалента вещества называется эквивалентной массой, обозначается М_экв, выражается в г/моль (экв). Эквивалент в большинстве случаев – величина переменная и зависит от типа реакции.

Если раствор 1Н раствор – в 1 л раствора содержится 1 эквивалент или 1 эквивалентная масса вещества; 0,1Н –О,1мольэквивалента растворенного вещества, раствор деценормальный.;

0,1М – децимолярный раствор; 0,01М – сантимолярный раствор;

0,001М – милимолярный раствор.

Способы расчета М_экв. Для кислот, оснований и солей: 1.    

2.

3. 

Понятие эквивалентов в окислительно-восстановительных реакциях то же,

что в реакциях обмена. Однако способ расчета различен:

4. 

5. 

Закон эквивалентов предложен в 1814г. И.Рихтером: «Вещества взаимодействуют и получаются в массовых количествах прямо пропорционально их эквивалентам».

Математическое выражение этого закона:

m₁, m₂- массы веществ, Э₁, Э₂- эквиваленты веществ.

Пропорция не изменится, если поменять местами m₂ с Э_1. Тогда получим

=       =

Следствия закона:

1. Объемы реагирующих растворов обратно пропорциональны   их нормальным и молярным концентрациям:

= ; для молярной концентрации       = ;

или V₁∙N₁ = V₂∙N₂ , где V- объем реагирующих веществ, а N- нормальные концентрации реагирующих растворов. V∙N =

2. При разбавлении растворов изменения объемов исходного и того же разбавленного раствора обратно пропорционально изменению их нормальным или молярным концентрациям:

V₁∙N₁ = V₂∙N₂ и V₁∙М₁ = V₂∙М₂ , где или V₁∙N₁ - количество вещества в растворе до разбавления, в исходном растворе; а V₂∙N₂ - после разбавлен.

Состав раствора можно характеризовать используя понятие моляльности.

Моляльностью  {C_m(X)}     раствора называется число молей растворённого вещества приходящееся на 1000 г растворителя.

Например, если растворить 1 моль сахарозы в 1000 г воды, то получается одномоляльный водный раствор сахарозы. Иначе говоря, моляльность – это отношение количества вещества растворённой порции частиц Х к массе порции растворителя:

C_m(X) = .

Единица измеренения в системе СИ моль/кг. Например

C_m(H₂SO₄/H₂O) = 0,1 моль/кг.

Указанный способ выражения концентрации обычно используется при интерпретации влияния растворённого вещества на физические свойства единицы массы растворителя.

К таким свойствам относятся понижение давления пара, уменьшение температуры плавления и увеличение температуры кипения, а также осмотическое давление растворителя.

Эту концентрацию используют главным образом в физике и физико-химии.

Мольная доля – это отношение числа молей одного из компонентов раствора к полному числу молей всех компонентов раствора. Эту концентрацию используют при проведении экспериментальных работ как в химии, так и в физике.

Мольная доля, согласно названию, определяет ту часть полного количества молекул раствора, которая относится к растворённому веществу либо к растворителю. Если для двухкомпонентного раствора обозначить символом N_a – число молей растворённого вещества, а символом N_b – число молей растворителя, то мольная доля растворённого вещества должна быть равна:

Х_а =  ,

а мольная доля растворителя:

Х_b = .

X_a + X_b = 1. Для многокомпонентных систем должно выполняться аналогичное равенство, ∑Х_i = 1. Указание концентрации растворов с помощью мольной доли применимо ко всем трём агрегатным состояниям. Мольная доля представляет собой безразмерную единицу измерения концентрации.

Титрованная концентрация (титр) (Т)- масса растворенного вещества,

содержащаяся в 1 мл раствора, выраженная в граммах. Определятся по формуле:

Т

V

где m (в-ва) – масса вещества в г, V – объём раствора в мл.

Так как в 1л 1000мл, то зная титр можно рассчитать N раствора и по молярной концентрации эквивалента определить титр:

Т

1000

где N – нормальная  концентрация, МЭ (Х) – моль-эквивалент вещества (частиц) Х.