Beräkna koncentrationer med enheter och utspädningar

Beräkning av koncentration av en kemikalie lösning är en grundläggande färdighet som alla kemistudenter måste utveckla tidigt i sina studier. Vad är koncentration? Koncentration avser mängden löst ämne som är upplöst i en lösningsmedel. Vi tänker normalt på ett löst ämne som ett fast ämne som tillsätts till ett lösningsmedel (t.ex. att tillsätta bordsalt till vatten), men det lösta ämnet kan lätt existera i en annan fas. Om vi ​​till exempel lägger till en liten mängd etanol i vatten, är etanolen lösningen och vattnet är lösningsmedlet. Om vi ​​lägger till en mindre mängd vatten till en större mängd etanol, kan vattnet vara det lösta ämnet!

När du har identifierat det lösta ämnet i lösningen är du redo att göra det bestämma dess koncentration. Koncentration kan uttryckas på flera olika sätt med användning av procent sammansättning efter massa, volymprocent, molfraktion, molaritet, molalitet, eller normalitet.

1. Procentkomposition efter massa (%)Detta är massan för det lösta ämnet dividerat med lösningens massa (massan av löst ämne plus massan av lösningsmedel) multiplicerat med 100.
   instagram viewer
   
   Exempel:
   Bestäm procent sammansättning i massa av en 100 g saltlösning som innehåller 20 g salt.
   Lösning:
   20 g NaCl / 100 g lösning x 100 = 20% NaCl-lösning
2. Volymprocent (% v / v) Volymprocent eller volym / volymprocent används oftast vid beredning av vätskor. Volymprocent definieras som:
   v / v% = [(volym av löst) / (volym av lösning)] x 100%
   Observera att volymprocenten är relativt volymen för lösningen, inte volymen av lösningsmedel. Till exempel är vin cirka 12 volymprocent etanol. Det betyder att det finns 12 ml etanol för varje 100 ml vin. Det är viktigt att inse vätska och gasvolymer är inte nödvändigtvis tillsatser. Om du blandar 12 ml etanol och 100 ml vin, får du mindre än 112 ml lösning.
   Som ett annat exempel kan 70% volym / volym gnugga alkohol framställas genom att ta 700 ml isopropylalkohol och tillsätta tillräckligt med vatten för att erhålla 1000 ml lösning (vilket inte kommer att vara 300 ml).
3. Molfraktion (X) Detta är antalet mol av en förening dividerat med det totala antalet mol av alla kemiska arter i lösningen. Tänk på att summan av alla molfraktioner i en lösning alltid är lika med 1.
   Exempel:Vilka är molfraktionerna av komponenterna i lösningen som bildas när 92 g glycerol blandas med 90 g vatten? (molekylvikt vatten = 18; molekylvikt av glycerol = 92)
   Lösning:
   90 g vatten = 90 g x 1 mol / 18 g = 5 mol vatten
   92 g glycerol = 92 g x 1 mol / 92 g = 1 mol glycerol
   total mol = 5 + 1 = 6 mol
   x_vatten = 5 mol / 6 mol = 0,833
   x _glycerol = 1 mol / 6 mol = 0,167
   Det är en bra idé att kontrollera din matematik genom att se till att mullfraktionerna lägger till 1:
   x_vatten + x_glycerol = .833 + 0.167 = 1.000
4. Molaritet (M) Molaritet är förmodligen den mest använda koncentrationsenheten. Det är antalet mol löst ämne per liter lösning (inte nödvändigtvis samma som volymen lösningsmedel!).
   Exempel:
   Vad är molaritet för en lösning framställd när vatten tillsätts till 11 g CaCl₂ att göra 100 ml lösning? (Molekylvikten för CaCl₂ = 110)
   Lösning:
   11 g CaCl₂ / (110 g CaCl₂ / mol CaCl₂) = 0,10 mol CaCl₂
   100 ml x 1 L / 1000 ml = 0,10 L
   molaritet = 0,10 mol / 0,10 L
   molaritet = 1,0 M
5. Molalitet (m) molality är antalet mol löst ämne per kilogram lösningsmedel. Eftersom vattentätheten vid 25 ° C är cirka 1 kg per liter är molaliteten ungefär lika med molariteten för utspädda vattenlösningar vid denna temperatur. Detta är en användbar tillnärmning, men kom ihåg att det bara är en tillnärmning och inte gäller när lösningen har en annan temperatur, inte är utspädd eller använder ett annat lösningsmedel än vatten.
   Exempel:Vad är molaliteten hos en lösning av 10 g NaOH i 500 g vatten? (Molekylvikt av NaOH är 40)
   Lösning:
   10 g NaOH / (40 g NaOH / 1 mol NaOH) = 0,25 mol NaOH
   500 g vatten x 1 kg / 1000 g = 0,50 kg vatten
   molalitet = 0,25 mol / 0,50 kg
   molalitet = 0,05 M / kg
   molalitet = 0,50 m
6. Normalitet (N) normalitet är lika med gram ekvivalentvikt av en lösning per liter lösning. En gramekvivalentvikt eller ekvivalent är ett mått på den reaktiva kapaciteten hos en given molekyl. Normalitet är den enda koncentrationsenheten som är reaktionsberoende.
   Exempel:
   1 M svavelsyra (H₂SÅ₄) är 2 N för syrabasreaktioner eftersom varje mol svavelsyra ger 2 mol H⁺ joner. Å andra sidan är 1 M svavelsyra 1 N för sulfatutfällning, eftersom 1 mol svavelsyra ger 1 mol sulfatjoner.
7. Gram per liter (g / L)
   Detta är en enkel metod för att framställa en lösning baserad på gram lösning per liter lösning.
8. Formalitet (F)
   En formell lösning uttrycks med avseende på formelviktenheter per liter lösning.
9. Delar per miljon (ppm) och delar per miljard (ppb)Används för extremt utspädda lösningar, uttrycker dessa enheter förhållandet mellan delar av lösta ämnen per antingen 1 miljon delar av lösningen eller 1 miljard delar av en lösning.
   Exempel:
   Ett vattenprov har visat sig innehålla 2 ppm bly. Detta innebär att för varje miljon delar är två av dem bly. Så i ett gram vattenprov skulle två miljoner av ett gram vara bly. För vattenhaltiga lösningar antas vattentätheten vara 1,00 g / ml för dessa koncentrationsenheter.

Du späd ut en lösning när du lägger till lösningsmedel i en lösning. Tillsats av lösningsmedel resulterar i en lösning med lägre koncentration. Du kan beräkna koncentrationen av en lösning efter en utspädning genom att använda denna ekvation:

M_jagV_jag = M_fV_f

där M är molaritet, V är volym, och subskripten i och f hänvisar till de initiala och slutliga värdena.

Exempel:
Hur många milliliter på 5,5 M NaOH behövs för att bereda 300 ml 1,2 M NaOH?

Lösning:
5,5 M x V₁ = 1,2 M x 0,3 L
V₁ = 1,2 M x 0,3 L / 5,5 M
V₁ = 0,065 L
V₁ = 65 ml

Så för att bereda 1,2 M NaOH-lösning häller du 65 ml 5,5 M NaOH i din behållare och tillsätter vatten för att få 300 ml slutvolym