Concentrația chimică a modului de exprimare, a unităților, a molitudinii și a molarității

concentrație chimică este măsura numerică a cantității relative de substanță dizolvată într-o soluție. Această măsurătoare exprimă o relație a substanței dizolvate cu o cantitate sau volum de solvent sau de soluție în unități de concentrație. Termenul "concentrație" este legat de cantitatea de substanță dizolvată prezentă: o soluție va fi mai concentrată la cea mai mare cantitate de substanță dizolvată.

Aceste unități pot fi fizice atunci când sunt luate în considerare dimensiunile de masă și / sau volumul componentelor soluției sau ale substanțelor chimice, atunci când concentrația substanței dizolvate este exprimată în termeni de molii sau echivalenți, luând numărul Avogadro drept referință.

Astfel, prin utilizarea greutăților moleculare sau atomice și a numărului de Avogadro, este posibilă conversia unităților fizice în cele chimice atunci când se exprimă concentrația unei anumite substanțe dizolvate. Prin urmare, toate unitățile pot fi convertite pentru aceeași soluție.

index

• 1 Soluții diluate și concentrate
• 2 modalități de exprimare a concentrației
  • 2.1 Descrierea calitativă
  • 2.2 Clasificarea prin solubilitate
  • 2.3 Notatia cantitativa
• 3 unități de concentrare
  • 3.1 Unități de concentrație relativă
  • 3.2 Unități de concentrație diluată
  • 3.3 Unități de concentrație bazate pe moli
  • 3.4 Formalitatea și normalitatea
• 4 Molaritate
  • 4.1 Exercițiul 1
  • 4.2 Exercițiul 2
• 5 Normalitate
  • 5.1 Calcul
  • 5.2 Exercițiul 1
• 6 Molalitate
  • 6.1 Exercițiul 1
• 7 Recomandări și note importante privind concentrația chimică
  • 7.1 Volumul soluției este întotdeauna mai mare decât cel al solventului
  • 7.2 Utilitatea de molaritate
  • 7.3 Formulele nu sunt memorate, dar unitățile sau definițiile sunt
• 8 Referințe

Soluțiile diluate și concentrate

Cum puteți spune dacă o concentrație este foarte diluată sau concentrată? La prima vedere, prin manifestarea oricărei proprietăți organoleptice sau chimice; adică aceia care percep simțurile sau care pot fi măsurați.

Imaginea superioară prezintă o diluție a unei concentrații de dicromat de potasiu (K₂Cr₂O₇), care prezintă o culoare portocalie. De la stânga la dreapta, puteți vedea cum culoarea își reduce intensitatea, pe măsură ce concentrația este diluată, adăugând mai mult solvent.

Această diluție permite obținerea în acest mod a unei concentrații diluate dintr-o concentrație concentrată. Culoarea (și alte proprietăți "ascunse" în sânul său portocaliu) se modifică în același mod ca și concentrația sa, fie cu unități fizice sau chimice.

Dar care sunt unitatile de concentrare chimica? Printre acestea se numără molaritatea sau concentrația molară a unei soluții care se referă la moli de substanță dizolvată la volumul total al soluției în litri.

Molalitatea este, de asemenea, cunoscută sub numele de concentrație molară, care se referă la moli de substanță dizolvată, dar care sunt conținute într-o cantitate standardizată de solvent sau solvent care este exact un kilogram.

Acest solvent poate fi pur sau în cazul în care soluția conține mai mult de un solvent molalitatea va fi moli de substanță dizolvată pe kilogram de amestec de solvenți.

Ia a treia unitate de concentrație chimică este normalitatea sau concentrația normală a unei soluții care exprimă numărul de echivalenți chimici ai substanței dizolvate pe litru al soluției.

Unitatea în care este exprimată normalitatea este exprimată în echivalenți pe litru (Eq / L), iar în medicină concentrația de electroliți în serul uman este exprimată în miliechivalenți pe litru (mEq / L).

Modalități de exprimare a concentrației

Concentrația unei soluții poate fi indicată în trei moduri principale, chiar dacă acestea au o mare varietate de termeni și unități în sine, care pot fi folosite pentru a exprima măsurarea acestei valori: descrierea calitativă, notația cantitativă și clasificarea în termeni de solubilitate.

În funcție de limba și contextul în care lucrați, veți alege una din cele trei modalități de a exprima concentrația unui amestec.

Descrierea calitativă

Folosit în principal în limbajul informal și non-tehnic, descrierea calitativă a concentrației unui amestec este exprimată sub formă de adjective, care indică într-o manieră generalizată nivelul concentrației pe care o posedă o soluție.

În acest fel, nivelul minim de concentrare în funcție de descrierea calitativă este cel al unei soluții "diluate", iar valoarea maximă este "concentrată".

Vorbim despre soluții diluate atunci când o soluție are o proporție foarte mică de substanță dizolvată în funcție de volumul total al soluției. Dacă doriți să diluați o soluție, trebuie să adăugați o cantitate mai mare de solvent sau să căutați modalități de reducere a substanței dizolvate.

Acum, vorbim despre soluții concentrate când au o proporție mare de substanțe dizolvate în funcție de volumul total de soluție. Pentru a concentra o soluție, adăugați mai multă substanță dizolvată sau reduceți cantitatea de solvent.

În acest sens, descrierea calitativă se numește această clasificare, nu numai pentru că nu dispune de măsurători matematice ci de calitatea sa empirică (poate fi atribuită trăsăturilor, mirosurilor și gusturilor vizuale, fără a fi nevoie de dovezi științifice).

Clasificarea prin solubilitate

Solubilitatea unei concentrații denotă capacitatea maximă a substanței dizolvate care are o soluție, în funcție de condițiile cum ar fi temperatura, presiunea și substanțele dizolvate sau în suspensie.

Soluțiile pot fi clasificate în trei tipuri în funcție de nivelul de solut dizolvat la momentul măsurării: soluții nesaturate, saturate și suprasaturate.

- Soluțiile nesaturate sunt cele care conțin o cantitate mai mică de substanță dizolvată decât cea care poate dizolva soluția. În acest caz, soluția nu a atins concentrația maximă.

- Soluțiile saturate sunt cele în care cantitatea maximă de substanță dizolvată a fost dizolvată în solvent la o temperatură specifică. În acest caz, există un echilibru între cele două substanțe și soluția nu poate accepta mai multă substanță dizolvată (deoarece se va întâmpla să precipite).

- Soluțiile suprasaturate au mai mult solută decât soluția ar accepta în condiții de echilibru. Aceasta se realizează prin încălzirea unei soluții saturate, adăugând mai multă substanță dizolvată decât cea normală. După frig, soluția nu va fi precipitată în mod automat, dar orice tulburare poate provoca acest efect datorită instabilității sale.

Notația cantitativă

În momentul studierii unei soluții care trebuie utilizată în domeniul tehnic sau științific, este necesară o precizie măsurată și exprimată în unități, care descrie concentrația în funcție de valorile exacte ale masei și / sau volumului.

Acesta este motivul pentru care există o serie de unități folosite pentru a exprima concentrația unei soluții în notația cantitativă, care este împărțită în fizică și chimică și care la rândul ei are propriile subdiviziuni.

Unitățile de concentrații fizice sunt cele de "concentrație relativă", care sunt exprimate în procente. Există trei moduri de a exprima concentrațiile procentuale: procentajele masice, procentele volumului și procentele de masă-volum.

În schimb, unitățile de concentrații chimice se bazează pe cantitățile molare, echivalente pe gram, părți per milion și alte caracteristici ale substanței dizolvate în raport cu soluția.

Aceste unități sunt cele mai frecvente datorită înaltă precizie la măsurarea concentrațiilor și, din acest motiv, acestea sunt de obicei cele pe care doriți să le cunoașteți pentru a lucra cu soluții chimice.

Unități de concentrare

După cum este descris în secțiunile anterioare, în momentul caracterizării cantitative a concentrației unei soluții, calculele ar trebui să fie guvernate de unitățile existente în acest scop.

De asemenea, unitățile de concentrare sunt împărțite în cele de concentrație relativă, cele ale concentrațiilor diluate, cele bazate pe mol și altele.

Unități de concentrație relativă

Concentrațiile relative sunt cele exprimate în procente, după cum au fost menționate în secțiunea anterioară. Aceste unități sunt împărțite în procentajul masă-masă, procentul volum-volum și procentul masă-volum și se calculează după cum urmează:

% masă = masa substanței dizolvate (g) / masa soluției totale (g) x 100

volum = volumul soluției (ml) / volumul soluției totale (ml) x 100

% masa / volum = masa soluției (g) / volumul soluției totale (ml) x 100

În acest caz, pentru a calcula masa sau volumul dizolvării totale, masa sau volumul de substanță dizolvată trebuie adăugată la masa solventului.

Unități de concentrație diluată

Unitățile de concentrație diluată sunt cele care sunt utilizate pentru a exprima acele concentrații foarte mici care sunt sub formă de urme în cadrul unei soluții diluate; cea mai obișnuită utilizare prezentată acestor unități este de a găsi urme ale unui gaz dizolvat în altul, cum ar fi agenții care poluează aerul.

Aceste unități sunt indicate sub formă de părți per milion (ppm), părți per miliard (ppb) și părți per triliu (ppt) și sunt exprimate după cum urmează:

- ppm = 1 mg dizolvat / soluție de 1 L

- ppb = 1 μg dizolvat / soluție de 1 L

- ppt = 1 ng dizolvat / soluție de 1 L

În aceste expresii, mg este egal cu miligrame (0.001 g), pg este egal cu micrograme (0.000001 g) și ng este egal cu nanograme (0.000000001 g). Aceste unități pot fi, de asemenea, exprimate în volume / volum.

Unități de concentrație în funcție de moli

Unitățile de concentrație bazate pe moli sunt cele ale fracției molare, procentului molar, molarității și molalității (ultimele două sunt mai bine descrise la sfârșitul articolului).

Fracțiunea molară a unei substanțe este fracțiunea din toate moleculele constituente (sau atomii) ca funcție a moleculelor totale sau a atomilor. Se calculează după cum urmează:

X_A = numărul de moli ai substanței A / numărul total de moli în soluție

Această procedură se repetă pentru celelalte substanțe în soluție, luând în considerare faptul că suma X_A + X_B + X_C ... trebuie să fie egal cu unul.

Procentul molar funcționează în mod similar cu X_A, numai în funcție de procentaj:

Procentul molar de A = X_A x 100%

În secțiunea finală, molaritatea și molitatea vor fi discutate în detaliu.

Formalitate și normalitate

În cele din urmă, există două unități de concentrare care sunt în prezent în uz: formalitate și normalitate.

Formalitatea unei soluții reprezintă numărul de greutate-formula-gram pe litru de soluție totală. Este exprimată ca:

F = Nr. Soluție P.F.G / L

În această expresie P.F.G este egală cu greutatea fiecărui atom al substanței, exprimată în grame.

În schimb, normalitatea reprezintă numărul de echivalenți dizolvați împărțiți în litri de soluție, după cum se arată mai jos:

N = grame echivalente de soluție dizolvat / l

În expresia menționată grame echivalente de substanță dizolvată pot fi calculate prin numărul de moli H⁺, OH^- sau alte metode, în funcție de tipul moleculei.

molaritate

Molaritatea sau concentrația molară a unei substanțe solubile este unitatea de concentrație chimică care exprimă sau corelează mii de substanță dizolvată (n) care sunt conținute într-un (1) litru (L) al soluției.

Molaritatea este desemnată cu majusculă M și pentru a determina molii substanței dizolvate (n), gramele substanței dizolvate (g) sunt împărțite la greutatea moleculară (PM) a substanței dizolvate.

De asemenea, masa moleculară PM a substanței dizolvate este obținută din suma greutății atomice (PA) sau a masei atomice a elementelor chimice, având în vedere proporția în care ele sunt combinate pentru a forma substanța dizolvată. Astfel, dizabili diferiți au proprii deputați (deși acest lucru nu este întotdeauna cazul).

Aceste definiții sunt rezumate în următoarele formule care sunt utilizate pentru a efectua calculele corespunzătoare:

Molaritate: M = n (moli solut) / V (litru de soluție)

Numărul de moli: n = g de substanță / PM dizolvată

Exercițiul 1

Se calculează molaritatea unei soluții care se prepară cu 45 g de Ca (OH)₂ dizolvată în 250 ml de apă.

Primul lucru care trebuie calculat este greutatea moleculară a Ca (OH)₂ (hidroxid de calciu). Conform formulei sale chimice, compusul este un cation de calciu și doi anioni oxidari. Aici greutatea unui electron mai puțin sau suplimentar față de specie este neglijabilă, deci greutățile atomice sunt luate:

Numărul de moli ai substanței dizolvate va fi apoi:

n = 45 g / (74 g / mol)

n = 0,61 moli de Ca (OH)₂

Se obțin 0,61 moli de substanță dizolvată, dar este important să se reamintească faptul că aceste moli sunt dizolvate în 250 ml de soluție. Deoarece definiția de molaritate este moli în a litru sau 1000 ml, atunci trebuie făcută o regulă simplă de trei pentru a calcula moli care sunt în 1000 ml din respectiva soluție

Dacă în 250 ml de soluție există => 0,61 moli de substanță dizolvată

În 1000 ml de soluție => x Câte moși sunt acolo?

x = (0,61 mol) (1000 ml) / 250 ml

X = 2,44 M (mol / L)

O altă cale

Celălalt mod de a obține molii de a aplica formula necesită luarea celor 250 ml în litri, aplicând și o regulă de trei:

Dacă 1000 ml => sunt 1 litru

250 ml => x Cati litri sunt?

x = (250 mL) (1 L) / 1000 mL

x = 0,25 L

Înlocuind apoi în formula Molarity:

M = (0,61 mol dizolvat) / (0,25 L soluție)

M = 2,44 mol / L

Exercitarea 2

Ce inseamna daca o solutie de HCl este de 2,5 M?

Soluția de HCI este de 2,5 molari, ceea ce înseamnă că un litru din acesta a dizolvat 2,5 moli de acid clorhidric.

normalitate

Normalitatea sau concentrația echivalentă este unitatea de concentrație chimică a soluțiilor care este desemnată cu litera capitală N. Această unitate de concentrație indică reactivitatea substanței dizolvate și este egală cu numărul de echivalenți soluiți (Eq) dintre volumul soluției exprimat în litri.

N = Eq / L

Numărul de echivalenți (Eq) este egal cu grame de substanță dizolvată între greutatea echivalentă (PEq).

Eq = solubil g / PEq

Greutatea echivalentă sau, de asemenea, cunoscută ca echivalent gram, se calculează prin obținerea greutății moleculare a substanței dizolvate și împărțirea acesteia cu un factor echivalent care, în scopul rezumării în ecuație, se numește delta zeta (ΔZ).

PEq = PM / ΔZ

calcul

Calculul normalității va avea o variație foarte specifică în factorul echivalent sau ΔZ, care depinde, de asemenea, de tipul reacției chimice în care participă substanța dizolvată sau specia reactivă. Unele cazuri ale acestei variații pot fi menționate mai jos:

- Atunci când este un acid sau o bază, ΔZ sau factorul echivalent, acesta va fi egal cu numărul de ioni de hidrogen (H⁺)  sau OH OH^- au dizolvat. De exemplu, acidul sulfuric (H₂SW₄) are două echivalente, deoarece are doi protoni acide.

- Când se referă la reacțiile de oxidare-reducere ΔZ, acesta va corespunde numărului de electroni implicați în procesul de oxidare sau de reducere, în funcție de cazul specific. Aici intră în joc echilibrarea ecuațiilor chimice și specificarea reacției.

De asemenea, acest factor echivalent sau ΔZ va corespunde cu numărul de ioni care precipită în reacțiile clasificate ca precipitații.

Exercițiul 1

Determinați normalitatea a 185 g Na₂SW₄ care sunt în soluție de 1,3 litri.

Greutatea moleculară a substanței dizolvate a acestei soluții va fi calculată mai întâi:

A doua etapă este de a calcula factorul echivalent sau ΔΖ. În acest caz, deoarece sulfatul de sodiu este o sare, valența sau încărcarea cationului sau a metalelor Na⁺, care va fi înmulțită cu 2, care este indicele formulării chimice a sării sau a substanței dizolvate:

na₂SW₄ => ΔZ = Valencia Cation x Subindex

ΔZ = 1 x 2

Pentru obținerea greutății echivalente se înlocuiește în ecuația sa corespunzătoare:

PEq = (142,039 g / mol) / (2 echiv. / Mol)

PEq = 71,02 g / echiv

Apoi puteți calcula numărul de echivalenți, recurgând la un alt calcul simplu:

Eq = (185 g) / (71,02 g / echivalent)

Număr de echivalenți = 2,605 echiv

În sfârșit, cu toate datele necesare, normalitatea se calculează prin substituirea după definiția sa:

N = 2,605 echiv. / 1,3 L

N = 2,0 N

molalitate

Molalitatea este desemnată cu litera mică m și este egal cu moli de substanță dizolvată care sunt prezenți într-un (1) kilogram de solvent. Se mai numește și o concentrație molară și se calculează după următoarea formulă:

m = moli de substanță dizolvată / kg de solvent

In timp ce Molaritatea stabilește raportul dintre molii de solut conținută într-un (1) litru de soluție, molalitate se referă moli de solut există într-un (1) kilogram de solvent.

În cazul în care soluția este preparată cu un solvent peste molalitate exprimată în moli de solut per kilogram de amestec de solvenți.

Exercițiul 1

Se determină molitatea unei soluții care a fost preparată prin amestecarea a 150 g de zaharoză (C.₁₂H₂₂0₁₁) cu 300 g de apă.

Greutatea moleculară a zaharoză este determinată mai întâi să se calculeze moli de substanță dizolvată a acestei soluții:

Se calculează numărul de moli de zaharoză:

n = (150 g sucroză) / (342,109 g / mol)

n = 0,438 moli de zaharoză

Apoi grame de solvent sunt luate în kilograme pentru a putea aplica formula finală.

Înlocuind apoi:

m = 0,438 moli de zaharoză / 0,3 kg de apă

m = 1,46 moli C₁₂H₂₂0₁₁/ Kg H₂O

Deși există în prezent o dezbatere despre expresia finală a molalității, acest rezultat poate fi exprimat și ca:

1,26 m₁₂H₂₂0₁₁ sau 1,26 molar

Se consideră avantajos în unele cazuri, pentru a exprima concentrația soluției în termeni de molalitate, ca masa de solut și nu de solvent au fluctuații minore sau modificări unapparent pentru efectele temperaturii sau presiunii; așa cum se întâmplă în soluțiile cu dizolvat gazos.

În plus, se observă că această unitate de concentrare se referă la o anumită substanță dizolvată este nemodificată prin prezența altor soluți în soluție.

Recomandări și note importante privind concentrația chimică

Volumul soluției este întotdeauna mai mare decât cel al solventului

Pe măsură ce soluțiile de rezolvare sunt soluționate, apare eroarea interpretării volumului unei soluții ca și cum ar fi fost solventul. De exemplu, dacă un gram de pulbere de ciocolată se dizolvă într-un litru de apă, volumul soluției nu este egală cu un litru de apă.

De ce nu? Deoarece substanța dizolvată va ocupa întotdeauna spațiu între moleculele de solvent. Când solventul are o afinitate mare pentru substanța dizolvată, modificarea volumului după dizolvare poate fi ridicolă sau neglijabilă.

Dar, dacă nu, și chiar mai mult, dacă cantitatea de substanță dizolvată este mare, trebuie luată în considerare schimbarea volumului. În acest fel: Vsolvente + Vsoluto = Vsolución. Numai în soluții diluate sau în cazul în care cantitățile de substanțe dizolvate sunt mici este valabilă Vsolvente = Vsolución.

Această eroare trebuie ținută foarte mult în minte, mai ales atunci când lucrați cu soluții lichide. De exemplu, dacă în loc să fie dizolvat praf de miere de ciocolată se dizolvă în alcool, atunci volumul total al mierii au efecte semnificative asupra volumului total al soluției.

Prin urmare, în aceste cazuri, volumul de substanță dizolvată trebuie adăugat la cel al solventului.

Utilitatea de molaritate

-cele cunosc molaritatea unei soluții concentrate permite calcule de diluare folosind formula simplă M1V1 = M2V2 unde M1 corespunde molaritatea inițiale a soluției M2 și molaritatea soluției care urmează să fie preparată din soluție cu M1.

Cunoașterea molaritatea unei soluții poate fi calculată cu ușurință Normalitatea aceeași cu următoarea formulă: Normalitatea număr echivalent x = M

Formulele nu sunt memorate, dar unitățile sau definițiile sunt

Cu toate acestea, memoria uneori nu reține toate ecuațiile relevante pentru calculele de concentrare. Pentru aceasta, este foarte util să existe o definiție clară a fiecărui concept.

Din definiție, unitățile sunt scrise utilizând factori de conversie pentru a exprima cele care corespund cu ceea ce doriți să determinați.

De exemplu, dacă aveți molalitatea și doriți să o convertiți la normalitate, procedați după cum urmează:

(solvent mol / kg) x (kg / 1000g) (g solvent / ml) (soluție de solvent / ml) (1000 ml /

Rețineți că (g solvent / ml) este densitatea solventului. Termenul (ml solvent / ml soluție) se referă la volumul de soluție care corespunde de fapt solventului. În multe exerciții, acest ultim termen este egal cu 1, din motive practice, deși nu este niciodată absolut adevărat.

referințe 

1. Chimie introductivă - 1^st Ediția canadiană. Unități cantitative de concentrare. Capitolul 11 ​​Soluții. Luată de la: opentextbc.ca
2. Wikipedia. (2018). Concentrația echivalentă Luată de la: en.wikipedia.org
3. PharmaFactz. (2018). Ce este molaritatea? Luat de la: pharmafactz.com
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chimie. (Ediția a 8-a). CENGAGE Learning, p 101-103, 512, 513.
5. Soluții apoase - molaritate. Luată de la: chem.ucla.edu
6. Quimicas.net (2018). Exemple de normalitate. Adus de la: quimicas.net.