Растворы
Растворы – это однородные гомогенные системы, состоящие из частиц растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия. Растворенное вещество равномерно распределено в растворителе. Раствор может состоять из двух и более компонентов.
Растворы бывают жидкие, твердые и газообразные.
Растворитель – это то вещество, которое не изменяет агрегатное состояние при растворении. В случае смешения веществ с одинаковым агрегатным состоянием (жидкость-жидкость, газ-газ, твердое-твердое) растворителем считается тот компонент, содержание которого больше.
Образование раствора зависит от характера взаимодействия частиц растворителя и растворенного вещества, и их природы.
В школьном курсе рассматриваются преимущественно растворы электролитов. В курсе ВУЗов рассматриваются также истинные и коллоидные растворы, золи и другие системы.
По способности растворяться вещества условно делят на:
- малорастворимые (от 0,001 до 1 грамма растворенного вещества на 100 грамм растворителя);
- растворимые (больше 1 г растворенного вещества на 100 г растворителя);
- нерастворимые (менее 0,001 г растворенного вещества на 100 г растворителя).
Обратите внимание!
При попадании в воду вещество может:
- раствориться в воде, то есть перемешаться с ней на атомно-молекулярном уровне ;
- химически прореагировать с водой;
- не раствориться в воде и химически не прореагировать.
Коэффициент растворимости – отношение массы растворенного вещества к массе растворителя (например, 10 г соли на 100 г воды).
По концентрации растворенного вещества растворы делят на:
Ненасыщенные растворы – это растворы, в которых концентрация растворенного вещества меньше, чем в соответствующем насыщенном растворе, и в котором при данных условиях можно растворить еще некоторое количества растворенного вещества.
Насыщенные растворы – это растворы, в которых достигнута максимальная концентрация растворенного вещества при данных условиях. Насыщенный раствор можно приготовить даже в бытовых условиях – например , раствор поваренной соли в воде. Если в стакан воды постепенно добавлять соль, рано или поздно соль перестанет растворяться. Это и будет насыщенный раствор.
Пересыщенный раствор – это раствор, в котором концентрация растворенного вещества больше, чем в насыщенном. Избыток растворенного вещества легко выпадает в осадок. Приготовить пересыщенный раствор можно, например, с помощью охлаждения насыщенного раствора поваренной соли. При понижении температуры растворимость поваренной соли уменьшается, и раствор становится пересыщенным.
По концентрации растворенного вещества растворы также разделяют на концентрированные и разбавленные:
Концентрированные растворы – это растворы с относительно высоким содержанием растворенного вещества.
Разбавленные растворы – это растворы с относительно низким содержанием растворенного вещества.
Это деление очень условно, и не связано с делением раствора по насыщенности. Разбавленный раствор может быть насыщенным, а концентрированный раствор не всегда может оказаться насыщенным.
Физические величины, характеризующие состав раствора – это массовая доля, массовый процент, молярность (молярная концентрация), мольная доля, мольный процент, мольное соотношение, растворимость (для насыщенных растворов), объемная доля, объемный процент и некоторые другие величины, которые проходятся в курсе ВУЗов (нормальность или нормальная концентрация, моляльность, титр).
Остановимся подробнее на каждой из них:
1. Массовая доля, масс. доли — это отношение массы растворенного вещества mр.в. к массе раствора mр-ра, выраженное в долях от единицы. Долю можно также выразить в процентах, умножив на 100, тогда мы получим массовый процент, масс. %.
Задачи на материальный баланс с использованием массовой доли — обязательный компонент экзаменов по химии (и не только!) разных уровней. Научиться решать задачи на массовую долю и материальный баланс (смешение, разбавление, концентрирование и приготовление растворов) можно здесь!
2. Молярная концентрация (молярность), моль/л, М – это отношение количества растворенного вещества ν, моль к объему всего раствора Vр-ра, л. Концентрация 1 моль растворенного вещества на 1 литр раствора также обозначается так: 1 М. Такой раствор называют «одномолярный». Двухмолярный раствор — 2 М соответствует концентрации 2 моль растворенного вещества на 1 литр раствора и т.д.
Задачи на молярную концентрацию, как правило, встречаются в курсе ВУЗов, в химических олимпиадах и вступительных экзаменах в ВУЗы. Научиться решать задачи на молярную концентрацию можно здесь.
3. Мольная доля, мольн. дол. – это отношение количества растворенного вещества νр.в., моль к общему количеству вещества всех компонентов в растворе νр-ра, моль:
Мольная доля также может быть выражена в мольных процентах (% мольн.), если умножить долю на 100%. Задачи на мольную долю встречаются в курсе ВУЗов, олимпиадах и вступительных экзаменах. Научиться решать задачи на мольную долю можно здесь.
4. Объемная доля, объемн. дол. – это отношение объема растворенного вещества Vр.в., л к общему объему раствора или смеси Vр-ра, л:
Объемная доля также может быть выражена в объемных процентах (% объемн.), если умножить долю на 100%. Задачи на объемную долю, как правило, сводятся к решению задач на мольную долю, т.к. для газовых смесей объемные и мольные доли компонентов в смеси равны.
5. Мольное соотношение – это отношение количества растворенного вещества к количеству вещества растворителя. Также может использоваться массовое соотношение и объемное соотношение.
6. Растворимость – это отношение массы растворенного вещества к массе растворителя (применяется, как правило, для насыщенных растворов).
7. Титр, г/мл – это отношение массы растворенного вещества mр.в., г к объему раствора, выраженному в миллилитрах Vр-ра, мл:
8. Моляльность.
9. Нормальная концентрация (нормальность)
По механизму растворения растворы делят на физические и химические.
Физическое растворение — это растворение, при котором происходит разрыв и образование только межмолекулярных связей (включая водородные). Физически растворяются только некоторые вещества с молекулярной кристаллической решеткой. Например, растворение нафталина в спирте и воде — опыт.
Химическое растворение — это растворение, при котором разрушаются химические связи в веществе. Химическое растворение, как правило, сопровождается электролитической диссоциацией растворяемого вещества. Подробнее про электролитическую диссоциацию и химическое растворение здесь.
Важно! Подобное хорошо растворяется в подобном. Неполярные растворители хорошо растворяют неполярные вещества. Полярные растворители хорошо растворяют полярные вещества. Понимание механизмов растворения, природы растворяемого вещества и растворителя позволяет легко определить растворимость одного вещества в другом.
Источник
Концентрация растворов. Способы выражения концентрации растворов.
Концентрация раствора может выражаться как в безразмерных единицах (долях, процентах), так и в размерных величинах (массовых долях, молярности, титрах, мольных долях).
Концентрация – это количественный состав растворенного вещества (в конкретных единицах) в единице объема или массы. Обозначили растворенное вещество — Х, а растворитель — S. Чаще всего использую понятие молярности (молярная концентрация) и мольной доли.
Способы выражения концентрации растворов.
1. Массовая доля (или процентная концентрация вещества) – это отношение массы растворенного вещества m к общей массе раствора. Для бинарного раствора, состоящего из растворённого вещества и растворителя:
,
ω – массовая доля растворенного вещества;
mв-ва – масса растворённого вещества;
Массовую долю выражают в долях от единицы или в процентах.
2. Молярная концентрация или молярность – это количество молей растворённого вещества в одном литре раствора V:
,
C – молярная концентрация растворённого вещества, моль/л (возможно также обозначение М, например, 0,2 М HCl);
n – количество растворенного вещества, моль;
V – объём раствора, л.
Раствор называют молярным или одномолярным, если в 1 литре раствора растворено 1 моль вещества, децимолярным – растворено 0,1 моля вещества, сантимолярным – растворено 0,01 моля вещества, миллимолярным – растворено 0,001 моля вещества.
3. Моляльная концентрация (моляльность) раствора С(x) показывает количество молей n растворенного вещества в 1 кг растворителя m:
,
С (x) – моляльность, моль/кг;
n – количество растворенного вещества, моль;
4. Титр – содержание вещества в граммах в 1 мл раствора:
,
T – титр растворённого вещества, г/мл;
mв-ва – масса растворенного вещества, г;
5. Мольная доля растворённого вещества – безразмерная величина, равная отношению количества растворенного вещества n к общему количеству веществ в растворе:
,
N – мольная доля растворённого вещества;
n – количество растворённого вещества, моль;
nр-ля – количество вещества растворителя, моль.
Сумма мольных долей должна равняться 1:
Иногда при решении задач необходимо переходить от одних единиц выражения к другим:
ω(X) — массовая доля растворенного вещества, в %;
М(Х) – молярная масса растворенного вещества;
ρ= m/(1000V) – плотность раствора. 6. Нормальная концентрация растворов (нормальность или молярная концентрация эквивалента) – число грамм-эквивалентов данного вещества в одном литре раствора.
Грамм-эквивалент вещества – количество граммов вещества, численно равное его эквиваленту.
Эквивалент – это условная единица, равноценная одному иону водорода в кислотоно-основных реакциях или одному электрону в окислительно – восстановительных реакциях.
Для записи концентрации таких растворов используют сокращения н или N. Например, раствор, содержащий 0,1 моль-экв/л, называют децинормальным и записывают как 0,1 н.
,
СН – нормальная концентрация, моль-экв/л;
z – число эквивалентности;
Растворимость вещества S — максимальная масса вещества, которая может раствориться в 100 г растворителя:
Коэффициент растворимости – отношение массы вещества, образующего насыщенный раствор при конкретной температуре, к массе растворителя:
Источник
Растворы. Способы выражения концентрации растворов
Растворы. Способы выражения концентрации растворов
Важной характеристикой раствора является концентрация.
Концентрация – это величина, измеряемая количеством растворенного вещества, содержащегося в определенной массе или объеме раствора или растворителя.
Наиболее часто применяемые способы выражения концентрации: массовая доля , молярная концентрация , молярная концентрация эквивалента , моляльность , молярная доля , объемная доля , титр .
Массовую долю w( X ) выражают в долях единицы, процентах (%), промилле (тысячная часть процента) и в миллионных долях (млн –1 ) . Массовую долю рассчитывают по формулам:
,
где m ( X ) – масса растворенного вещества Х, кг (г);
m р-ра – масса раствора, кг (г).
Например: дан 0.85% раствор хлорида натрия. Это означает, что в 100 г раствора содержится 0.85 г NaCl .
Молярную концентрацию с(Х) выражают в моль/л. Молярную концентрацию находят по формуле:
,
где n( X ) – количество растворенного вещества, моль;
M ( X ) – молярная масса растворенного вещества, кг/моль, или г/моль;
m ( X ) – масса растворенного вещества, соответственно, кг или г;
V р-ра – объем раствора, л.
Например: дан 0.2 М раствор BaCl 2 . Это означает, что в 1 л (1000 мл) раствора содержится 0.2 моль BaCl 2 и масса хлорида бария m ( BaCl 2 ) = с· M · V = 0.2 моль/л·208 г/моль·1 л = 41.6 г.
,
где m (р-ль) – масса растворителя, кг.
Моляльность показывает, сколько моль растворенного вещества Х приходится на 1 кг растворителя.
В химии широко используют понятие эквивалента и фактора эквивалентности.
Эквивалентом называют реальную или условную частицу вещества Х, которая в данной обменной реакции обменивает один однозарядный ион или в данной окислительно–восстановительной реакции переносит один электрон.
Фактор эквивалентности f экв (Х) – число, обозначающее, какая доля реальной частицы вещества Х эквивалентна одному иону водорода в данной кислотно–основной реакции или одному электрону в данной окислительно-восстановительной реакции.
Фактор эквивалентности рассчитывают на основе стехиометрии данной реакции из равенства:
где z – основность кислоты или кислотность основания данной кислотно-основной реакции, или число электронов, присоединяемых или теряемых частицей в данной окислительно-восстановительной реакции.
Фактор эквивалентности зависит от реакции, в которой участвует данное вещество; так для фосфорной кислоты в реакциях:
Для перманганата калия в реакциях:
MnO 4 — + 8 H + + 5ē → M n 2+ + 4 H 2 O ; f экв = 1/5.
MnO 4 — + 2 H 2 O + 3ē → M n o 2 + 4 OH — ; f экв = 1/3.
Для иодид-иона и иода в реакции:
2I — — 2ē → I 2 0 ; f экв (I — ) = 1/1; f экв (I 2 ) = 1/2.
Молярной массой эквивалента вещества Х (масса одного моль эквивалента вещества) называют величину, измеряемую произведением фактора эквивалентности на молярную массу вещества Х.
где М( f экв (Х)) – молярная масса эквивалента.
Единица измерения молярной массы эквивалента – г/моль.
Соответственно для растворов используют понятие молярной концентрации эквивалента (нормальная концентрация).
Молярную концентрацию эквивалента (нормальность) с( f экв (Х)) рассчитывают по формуле:
,
где n ( f экв (Х)) – количество вещества эквивалента, моль;
V р-ра – объем раствора, л;
Молярную концентрацию эквивалента (нормальную концентрацию) обозначают c ( f экв (Х)). Единицы ее измерения – моль/м 3 , моль/дм 3 , моль/л. В медицине чаще используют единицу моль/л. Форма записи, например,
с KMnO 4 ( 1 / 5 ) = 0.1 моль/л или 0.1 н. KMnO 4 . Это означает, что в 1 л раствора содержится 0.1 моль эквивалента перманганата калия.
Молярная концентрация эквивалента (нормальность) связана с молярной концентрацией (молярностью) следующим выражением:
.
Молярную долю x ( X i ) выражают в долях единицы или в процентах. Молярную долю рассчитывают по формуле:
,
где n ( X i )– количество вещества данного компонента, моль;
– суммарное количество всех компонентов раствора, моль.
Объемную долю φ(Х) выражают в долях единицы или в процентах, ее рассчитывают по формуле
,
где V (Х)– объем данного компонента Х, л;
V р-ра – общий объем раствора, л.
Титр раствора обозначают T ( X ) , единица измерения – г/см 3 , г/мл. Титр раствора можно рассчитать по формуле:
,
где m (Х) – масса вещества, обычно г;
V р-ра – объем раствора, мл.
Титр показывает, какая масса вещества содержится в 1 мл его раствора.
В клинической практике нередко выражают концентрацию ионов в миллиграмм–процентах (мг %). Это масса вещества, выраженная в миллиграммах на 100 мл раствора.
Формулы перехода от одних способов выражения концентрации к другим см. прил., табл. №2.
В 180 г воды растворили H 3 PO 4 массой 9.8 г. Определите молярную долю (Х) и моляльную концентрацию (С m ) ортофосфорной кислоты.
;
n ( H 3 PO 4 )= 
= 0.1 моль;
n ( H 2 O ) = 
= 10 моль;
Х ( H 3 PO 4 ) = 
= 0.0099;
С m ( H 3 PO 4 ) = 
= 0.556 моль/кг.
Ответ: Х ( H 3 PO 4 ) = 0.0099; С m ( H 3 PO 4 ) = 0.0566 моль/кг.
Массовая доля хлорида натрия в физиологическом растворе 0.9% (ρ = 1 г/мл). Вычислите: а) молярную концентрацию и титр NaCl в этом растворе; б) массу соли, веденной в организм при вливании 500 мл данного раствора.
с ( X ) = 
; T = 
; Т = 
;
с ( NaCl ) = 
= 0.154 моль/л;
Т ( NaCl ) = 
= 0.00900 г/мл;
m ( NaCl ) = 0.00900 г/мл · 500 мл = 4.5 г.
Ответ: с ( NaCl ) = 0.154 моль/л; Т ( NaCl ) = 0.00900 г/мл.
Сколько мл 80% раствора CH 3 COOH (ρ = 1.070 г/см 3 ) необходимо для приготовления 500 мл 0.1 М раствора?
Найдем, сколько граммов уксусной кислоты содержится в 500 мл раствора:
.
Определим, в какой массе 80% раствора уксусной кислоты содержится 3.0 г CH 3 COOH :
.
Найдем объем 80% раствора CH 3 COOH :
.
Источник
