2. Способы выражения состава растворов.

Итак, основной количественной характеристикой растворов является концентрация. Под концентрацией раствора понимают массу или объем растворенного вещества, содержащегося в определенной массе или объеме раствора или растворителя. В химической практике наиболее часто употребляют следующие способы выражения концентрации растворенного вещества в растворе:

внесистемные единицы

• массовая доля (ω) – отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора: ω = m_в-ва/m_р-ра; массовая доля в этом случае выражается в долях единицы. Однако в подавляющем большинстве случаев при решении задач массовая доля выражается в процентах (ω%) и называется в таком случае процентной концентрацией. С_% = ω% _{(раств. в-ва)}= m_в-ва/m_р-ра*100%

Процентная концентрация раствора показывает массу (г или кг) растворенного вещества в каждых 100 г (или кг) раствора.

Например, 15%-ый раствор NaOH означает, что

1. в каждых 100г раствора содержится 15г NaOH и 85г H₂O;

2. в каждых 100 кг раствора содержится 15 кг NaOH и 85 кг Н₂О;

3. для приготовления 100 г (кг) 15%-го раствора необходимо в 85 г (кг) воды растворить 15г (кг) NaOH.

• молярная доля (n_в-ва) – отношение числа молей данного компонента к сумме молей всех компонентов раствора: x_i = ν_i/∑ ν_i, где ν_i – число молей i-го компонента,

∑ ν_i – общее число молей;

• растворимость вещества (S) – численно равна содержанию (концентрации) растворенного вещества в насыщенном растворе при данной температуре. Максимальную массу безводного вещества в граммах, которую можно растворить в 100 г растворителя при данной температуре, называют коэффициентом растворимости, или просто растворимостью. Растворимость может быть выражена в граммах растворенного вещества на 100г растворителя, реже - в граммах вещества на 1л растворителя или в моль/л.

системные единицы (в системе СИ)

• молярная концентрация (молярность раствора) С_м показывает количество (моль) растворенного вещества, содержащегося в 1 л раствора. (1л= 1дм³). Молярную концентрацию определяют по формуле: С_м = ν_в-ва/V_р-ра и измеряют в моль/л или в моль/м³ ( в системе СИ).

Например, запись 0,1М раствор H₂SO₄ означает, что в 1л такого раствора содержится 0,1 моль (9,8г) H₂SO₄. Растворы с концентрацией 0,1М принято называть децимолярными , а с концентрацией 0,01М – сантимолярными.

• молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация или нормальность раствора) С_н. или N показывает количество эквивалентов растворенного вещества, содержащегося в 1л раствора. Нормальность раствора определяют по формуле: C_н. = ν^э_в-ва/V_р-ра и измеряют в моль(экв.)/л.

Например, запись 0,1N или 0,1н. раствор H₂SO₄ означает, что в 1л такого раствора содержится 0,1моль^э (4,9г) H₂SO₄.

Таким образом, молярная и нормальная концентрации растворов связаны между собой следующим соотношением: С_н. = z * С_м, где z – число эквивалентности.

Растворы с концентрацией 0,1н. принято называть децинормальными, а с концентрацией 0,01н. – сантинормальными.

• моляльность раствора С_m показывает количество растворенного вещества, содержащегося в каждых 1000г (1 кг) растворителя: C_m = ν_в-ва/1000г _р-ля и выражается в моль/кг_р-ля.

• титр раствора Т - масса (г) растворенного вещества в 1 мл раствора, выраженная в г/мл.

При решении расчетных задач с использованием понятий о концентрации растворов, следует помнить, что общую массу раствора можно вычислить по формулам: m_р-ра = m_{раст.в-ва} + m_р-ля, или m_р-ра = ρ_р-ра * V_р-ра , где ρ_р-ра – это плотность раствора, т.е. масса 1мл раствора; измеряется в г/мл или в г/см³. При этом помнить, что 1мл=1см³, а ρ_воды=1г/см³ или 1г/мл при комнатной температуре.

Плотность растворов определяют либо по справочным таблицам, либо экспериментально с помощью специально калиброванных приборов (ареометров), типа поплавка, при погружении которых в раствор можно немедленно получить информацию о концентрации раствора. Для более точных измерений используют пикнометры.

Часто случается, что плотность раствора по ареометру не отвечает значениям, приведенным в таблице, а находится где-то вблизи. В этом случае процентную концентрацию находят методом интерполяции.

Например, при определении плотности раствора ареометр показал значение ρ = 1,138г/см³, а в таблице имеются значения: ρ %

1,132 18

1,140 19

∆ρ - 0,008 ∆% - 1%

Разность между значением плотности, найденной ареометром, и ближайшим табличным значением равна: 1,140-1,138=0,002. Далее составляем пропорцию:

0,008 - 1%

0,002 - х, откуда х = 0,002/0,008 = 0,25%

Найденную величину вычитаем из значения концентрации, которое соответствует использованному значению плотности: 19 – 0,25 = 18,75%.

Аналогичным образом можно решать и обратные задачи, т.е. методом интерполяции рассчитывать теоретические плотности растворов таких концентраций, которые не приводятся в справочных таблицах, например, 7,5% и других.