Выражение концентрации растворов (массовая %, объемная %, молярность, моляльность, нормальность, мольная доля)

В химии концентрация раствора относится к количеству растворенного вещества, растворенного в растворителе. Понимание того, как выразить эту концентрацию, важно для различных применений в науке и промышленности. В этом подробном объяснении мы обсудим шесть распространенных способов выражения концентрации в растворах: массовая доля, объемная доля, молярность, моляльность, нормальность и мольная доля.

Массовая доля (массовая %)

Массовая доля - это простой способ выражения концентрации. Она равна массе растворенного вещества, деленной на общую массу раствора, затем умноженной на 100 для получения процента.

Массовая % = (масса растворенного вещества / масса раствора) x 100

Пример: Если растворить 5 граммов соли в 95 граммах воды, массовая доля соли в растворе будет:

Массовая % = (5 г / (5 г + 95 г)) x 100 = 5%

Объемная доля (объемная %)

Объемная доля аналогична массовой доле, но используется в жидких растворах. Это объем растворенного вещества, деленный на общий объем раствора, умноженный на 100.

Объемная % = (объем растворенного вещества / объем раствора) x 100

Пример: Если смешать 30 мл этанола с 70 мл воды, объемная доля этанола будет:

Объемная % = (30 мл / (30 мл + 70 мл)) x 100 = 30%

Молярность (M)

Молярность является одной из наиболее часто используемых единиц концентрации в химии. Она определяется как количество молей растворенного вещества на литр раствора.

M = моли растворенного вещества / литры раствора

Пример: Если растворить 1 моль глюкозы в достаточном количестве воды, чтобы получить 1 литр раствора, молярность раствора глюкозы составит:

M = 1 моль / 1 л = 1 M

Моляльность (m)

Моляльность - это еще одна мера концентрации, определяемая как количество молей растворенного вещества на килограмм растворителя. В отличие от молярности, моляльность не меняется с температурой, так как основана на массе растворителя, а не на объеме раствора.

m = моли растворенного вещества / кг растворителя

Пример: Если растворить 2 моля NaCl в 1 кг воды, моляльность раствора будет:

m = 2 моля / 1 кг = 2 m

Нормальность (n)

Нормальность - это мера концентрации, равная молярности, умноженной на фактор эквивалентности растворенного вещества. Она зависит от рассматриваемой химической реакции и включает количество эквивалентов на литр раствора.

N = эквиваленты растворенного вещества / литры раствора

Пример: Для реакции кислоты и основания, если у нас есть 1 M раствор H₂SO₄, он может отдавать 2 иона водорода, поэтому его нормальность составляет 2 N.

N = 1 M * 2 = 2 N

₂SO₄, 2 эквивалента на моль

Мольная доля

Мольная доля - это отношение количества молей компонента к общему количеству молей в растворе. Она выражается в виде десятичной дроби, а не в процентах.

Мольная доля (x) = моли компонента / общее количество молей всех компонентов

Пример: Мольная доля этанола в растворе, содержащем 1 моль этанола и 3 моля воды, составляет:

xэтанол = 1 / (1 + 3) = 0.25

Заключение

Понимание этих различных выражений концентрации важно для точного измерения и применения в химии. У каждого есть свое уникальное применение и выбирается в зависимости от химического контекста и требуемой точности. Знание того, как переходить между этими единицами, может быть важным для преобразования растворов и выполнения расчетов в лабораторных экспериментах и промышленных процессах.

Каждый метод выражения концентрации дает информацию о свойствах раствора, как он приготовлен и как ведет себя в химических реакциях. Освоив эти концепции, студенты и специалисты могут лучше понимать и контролировать химические системы.

Комментарии