KJEMISK KONSENTRASJON: UTTRYKK, ENHETER, MOLALITET - KJEMI - 2026

Den kjemiske konsentrasjonen er det numeriske mål for den relative mengden løst stoff i en løsning. Denne målingen uttrykker et forhold mellom oppløsningen og en mengde eller volum av løsningsmidlet eller oppløsningen i konsentrasjonsenheter. Uttrykket "konsentrasjon" er relatert til mengden til stede stoff: en løsning vil være mer konsentrert jo mer løst stoff den har.

Disse enhetene kan være fysiske når massen og / eller volumstørrelsene til løsningen eller kjemiske komponenter tas i betraktning, når konsentrasjonen av oppløsningen uttrykkes i form av dens mol eller ekvivalenter, og tar Avogadros nummer som referanse.

Av Leiem, fra Wikimedia Commons

Ved å bruke molekylære eller atomvekter, og Avogadros antall, er det således mulig å konvertere fysiske enheter til kjemiske enheter når man uttrykker konsentrasjonen til et gitt løst stoff. Derfor kan alle enheter konverteres for den samme løsningen.

Fortynnede og konsentrerte oppløsninger

Hvordan kan du si om en konsentrasjon er veldig fortynnet eller konsentrert? Ved første øyekast ved manifestasjonen av noen av dens organoleptiske eller kjemiske egenskaper; det vil si de som sansene oppfatter eller som kan måles.

De øvre bildet viser en fortynning av en konsentrasjon av kaliumdikromat (K ₂ Cr ₂ O ₇ ), som oppviser en orange farge. Fra venstre mot høyre kan du se hvordan fargen avtar i intensitet når konsentrasjonen blir fortynnet, og tilfører mer løsemiddel.

Denne fortynning gjør det mulig å oppnå på denne måte en fortynnet konsentrasjon fra en konsentrert. Fargen (og andre "skjulte" egenskaper i sin oransje kjerne) endres på samme måte som konsentrasjonen gjør, enten med fysiske eller kjemiske enheter.

Men hva er de kjemiske konsentrasjonsenhetene? Blant dem er molariteten eller molkonsentrasjonen av en løsning, som angir molen av løst stoff med det totale volumet av oppløsningen i liter.

Det er også molalitet eller også kalt molkonsentrasjon, som refererer til molene med løst stoff, men som er inneholdt i en standardisert mengde av løsningsmidlet eller løsningsmidlet som er nøyaktig en kilo.

Dette løsningsmidlet kan være rent, eller hvis løsningen inneholder mer enn ett løsningsmiddel, vil molaliteten være mol oppløsningen per kilo av løsningsmiddelblandingen.

Og den tredje enheten av kjemisk konsentrasjon er normaliteten eller den normale konsentrasjonen av en løsning som uttrykker antall kjemiske ekvivalenter av oppløsningen per liter av løsningen.

Enheten der normaliteten er uttrykt er i ekvivalenter per liter (ekv. / L) og i medisinen er konsentrasjonen av elektrolytter i humant serum uttrykt i millekvivalenter per liter (mEq / l).

Måter å uttrykke konsentrasjon på

Konsentrasjonen av en løsning kan betegnes på tre hovedmåter, selv om de har et stort utvalg av begreper og enheter i seg selv, som kan brukes til å uttrykke målet for denne verdien: kvalitativ beskrivelse, kvantitativ notasjon og klassifisering i termer oppløselighet.

Avhengig av språket og konteksten du jobber i, vil du velge en av tre måter å uttrykke konsentrasjonen av en blanding på.

Kvalitativ beskrivelse

Brukt hovedsakelig på uformelt og ikke-teknisk språk, uttrykkes den kvalitative beskrivelsen av konsentrasjonen av en blanding i form av adjektiver, som på en generalisert måte angir konsentrasjonsnivået som en løsning har.

Således er minimumskonsentrasjonsnivået i henhold til den kvalitative beskrivelsen det for en "fortynnet" løsning, og det maksimale er det for "konsentrert".

Vi snakker om fortynnede løsninger når en løsning har en veldig lav andel av løst stoff som en funksjon av det totale volumet av løsningen. Hvis du vil fortynne en løsning, tilsett mer løsemiddel eller finn en måte å redusere løsningen på.

Nå snakker vi om konsentrerte løsninger når de har en høy andel løst stoff som en funksjon av det totale volumet av løsningen. For å konsentrere en løsning, tilsett mer løsestoff eller reduser mengden løsemiddel.

I denne forstand kalles denne klassifiseringen kvalitativ beskrivelse, ikke bare fordi den mangler matematiske målinger, men på grunn av dens empiriske kvalitet (den kan tilskrives visuelle trekk, lukter og smak uten behov for vitenskapelige tester).

Klassifisering etter løselighet

Løseligheten til en konsentrasjon betegner den maksimale oppløste kapasitet som en løsning har, avhengig av forhold som temperatur, trykk og stoffene som er oppløst eller i suspensjon.

Løsninger kan klassifiseres i tre typer i henhold til nivået av oppløst løst stoff på målingstidspunktet: umettede, mettede og overmettede løsninger.

- Umettede løsninger er de som inneholder en mindre mengde løst stoff enn løsningen kan løse opp. I dette tilfellet har løsningen ikke nådd sin maksimale konsentrasjon.

Mettede oppløsninger er de hvor den maksimale mengden mulig løsning er oppløst i løsningsmidlet ved en spesifikk temperatur. I dette tilfellet er det en likevekt mellom begge stoffene, og løsningen kan ikke akseptere mer oppløst stoff (siden det vil falle ut).

- De overmettede løsningene har mer løst stoff enn løsningen ville akseptert under likevektsbetingelser. Dette oppnås ved å varme opp en mettet løsning og tilsette mer løst stoff enn normalt. Når den er kald, vil den ikke utfelle oppløsningen automatisk, men enhver forstyrrelse kan forårsake denne effekten på grunn av dens ustabilitet.

Kvantitativ notasjon

Når man studerer en løsning som skal brukes på det tekniske eller vitenskapelige området, kreves det en måling og uttrykk i enheter som beskriver konsentrasjonen i henhold til dens eksakte verdier for masse og / eller volum.

Dette er grunnen til at det er en serie enheter som brukes til å uttrykke konsentrasjonen av en løsning i dens kvantitative notasjon, som er delt inn i fysisk og kjemisk, og som igjen har sine egne underavdelinger.

Enhetene for fysiske konsentrasjoner er de med "relativ konsentrasjon", som er uttrykt i prosent. Det er tre måter å uttrykke prosent konsentrasjoner på: masseprosent, volumprosent og massevolumprosent.

I stedet er enheter med kjemiske konsentrasjoner basert på molare mengder, gramekvivalenter, deler per million og andre egenskaper ved oppløsningen i forhold til løsningen.

Disse enhetene er de vanligste på grunn av sin høye presisjon når du måler konsentrasjoner, og av denne grunn er de vanligvis de du vil vite når du arbeider med kjemiske løsninger.

Konsentrasjonsenheter

Som beskrevet i de foregående seksjoner, når man kvantitativt karakteriserer konsentrasjonen av en løsning, bør beregningene styres av de eksisterende enhetene for dette formålet.

På samme måte er konsentrasjonsenhetene delt inn i de med relativ konsentrasjon, de for fortynnede konsentrasjoner, de basert på føflekker og ytterligere.

Relative konsentrasjonsenheter

Relative konsentrasjoner er de uttrykt i prosent, som nevnt i forrige seksjon. Disse enhetene er delt inn i massemasseprosent, volumvolumprosent og massevolumprosent, og beregnes som følger:

-% masse = masse løst stoff (g) / masse total løsning (g) x 100

-% volum = volum av løst stoff (ml) / volum total løsning (ml) x 100

-% masse / volum = masse løst stoff (g) / volum total løsning (ml) x 100

I dette tilfellet, for å beregne massen eller volumet av den totale løsningen, må massen eller volumet av oppløsningen tilsettes med massen til løsningsmidlet.

Enheter med fortynnet konsentrasjon

Enhetene for fortynnet konsentrasjon er de som brukes til å uttrykke de veldig små konsentrasjonene som er i form av spor i en fortynnet løsning; den vanligste bruken for disse enhetene er å finne spor etter en gass oppløst i en annen, for eksempel midler som forurenser luften.

Disse enhetene er oppført i form av deler per million (ppm), deler per milliard (ppb) og deler per billion (ppt), og uttrykkes som følger:

- ppm = 1 mg oppløst / 1 L løsning

- ppb = 1 μg oppløst / 1 L løsning

- ppt = 1 ng oppløst / 1 L løsning

I disse uttrykkene er mg lik milligram (0,001 g), ug er lik mikrogram (0,000001 g), og ng er lik nanogram (0,00000000001 g). Disse enhetene kan også uttrykkes i form av volum / volum.

Konsentrasjonsenheter som en funksjon av føflekker

Konsentrasjonsenhetene basert på mol er de for molfraksjonen, molprosenten, molariteten og molaliteten (de to sistnevnte er bedre beskrevet på slutten av artikkelen).

Molfraksjonen av et stoff er fraksjonen av alle dens bestanddelmolekyler (eller atomer) som en funksjon av de totale molekylene eller atomer. Det beregnes som følger:

X _A = antall mol stoff A / totalt antall mol i oppløsning

Denne prosedyren gjentas for de andre stoffene i løsningen, og tar i betraktning at summen av X _A + X _B + X _C … må være lik en.

Molprosenten er bearbeidet på samme måte som X _A , bare når det gjelder prosentandel:

Molprosent av A = X _A x 100%

Den siste delen vil diskutere molaritet og molalitet i detalj.

Formalitet og normalitet

Endelig er det to konsentrasjonsenheter som for tiden ikke brukes: formalitet og normalitet.

Formaliteten til en løsning representerer antall vektformel-gram per liter totaloppløsning. Det uttrykkes som:

F = Nei. PFG / L-løsning

I dette uttrykket er PFG lik vekten til hvert atom av stoffet, uttrykt i gram.

I stedet representerer normalitet antall løst ekvivalenter delt på liter oppløsning, som uttrykt nedenfor:

N = ekvivalent gram oppløst / L-løsning

I nevnte uttrykk kan de ekvivalente gram løst stoff beregnes med antall mol H ⁺ , OH ^- eller andre metoder, avhengig av molekyltypen.

molariteten

Molariteten eller molkonsentrasjonen til et løst stoff er den kjemiske enhet som uttrykker eller relaterer molene til det faste stoffet (n) som er inneholdt i en (1) liter (L) av løsningen.

Molaritet er utpekt med store bokstaver M og for å bestemme molene i løst stoff (n) blir gram av løst stoff (g) delt med molekylvekten (MW) til det løste stoffet.

Likeledes oppnås molekylvekten MW av oppløsningen fra summen av atomvektene (PA) eller atommassen til de kjemiske elementene, med tanke på hvor stor andel de kombinerer for å danne løst stoff. Dermed har forskjellige løsemidler sin egen PM (selv om dette ikke alltid er tilfelle).

Disse definisjonene er oppsummert i følgende formler som brukes til å utføre de tilsvarende beregningene:

Molaritet: M = n (mol oppløst stoff) / V (liter oppløsning)

Antall mol: n = g løst stoff / MW

Oppgave 1

Beregn molariteten til en løsning som er fremstilt med 45 g Ca (OH) ₂ oppløst i 250 ml vann.

Den første tingen å beregne er molekylvekten til Ca (OH) ₂ (kalsiumhydroksyd). I henhold til den kjemiske formelen består forbindelsen av en kalsiumkation og to hydroksylanioner. Her er vekten til et elektron mindre eller mer enn arten ubetydelig, så atomvektene blir tatt:

Kilde: Gabriel Bolívar

Antall mol av det faste stoffet vil da være:

n = 45 g / (74 g / mol)

n = 0,61 mol Ca (OH) ₂

Det oppnås 0,61 mol av det løste stoffet, men det er viktig å huske at disse molene er oppløst i 250 ml løsning. Siden definisjonen av molaritet er føflekker i en liter eller 1000 ml, må det deretter gjøres en enkel regel på tre for å beregne molene som er i 1000 ml av nevnte løsning

Hvis det i 250 ml løsning er => 0,61 mol løsestoff

I 1000 ml løsning => x Hvor mange føflekker er det?

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

X = 2,44 M (mol / L)

Annen vei

Den andre måten å få molene til å bruke formelen krever at 250 ml tas til liter, og bruker også en regel på tre:

Hvis 1000 ml => er 1 liter

250 ml => x Hvor mange liter er de?

x = (250 ml) (1 liter) / 1000 ml

x = 0,25 l

I stedet for å erstatte molaritetsformelen:

M = (0,61 mol oppløst stoff) / (0,25 1 løsning)

M = 2,44 mol / l

Oppgave 2

Hva betyr det for en HCl-løsning å være 2,5 M?

HCl-løsningen er 2,5 molar, det vil si at en liter av den har oppløst 2,5 mol saltsyre.

Normal

Normaliteten eller tilsvarende konsentrasjon er enheten for kjemisk konsentrasjon av løsningene som er angitt med bokstaven N. Denne konsentrasjonsenheten indikerer reaktiviteten til det løste stoffet og er likt antallet ekvivalenter av løst stoff (Eq) dividert med volumet av løsningen uttrykt i liter.

N = Ekvivalent / L

Antall ekvivalenter (ekv.) Er lik gram løsemiddel delt med ekvivalentvekten (PEq).

Ekv = g oppløst / PEq

Ekvivalentvekten, eller også kjent som gramekvivalent, beregnes ved å oppnå molekylvekten til oppløsningen og dele den med en ekvivalent faktor som i sammenligningen kalles delta zeta (ΔZ).

PEq = PM / ΔZ

beregning

Beregningen av normalitet vil ha en veldig spesifikk variasjon i ekvivalentfaktoren eller ΔZ, noe som også avhenger av hvilken type kjemisk reaksjon som den oppløste eller reaktive arten deltar i. Noen tilfeller av denne variasjonen kan nevnes nedenfor:

-Når det er en syre eller base, vil ΔZ eller ekvivalent faktor være lik antallet hydrogenioner (H ⁺ ) eller hydroksyl OH ^- som løsningen har. For eksempel har svovelsyre (H ₂ SO ₄ ) to ekvivalenter fordi den har to sure protoner.

-Når det gjelder oksidasjonsreduksjonsreaksjoner, vil ΔZ tilsvare antallet elektron som er involvert i oksidasjons- eller reduksjonsprosessen, avhengig av det konkrete tilfellet. Her spiller balansering av kjemiske ligninger og spesifikasjonen av reaksjonen inn.

-Også denne ekvivalente faktoren eller ΔZ vil tilsvare antallet ioner som utfeller i reaksjoner klassifisert som nedbør.

Oppgave 1

Bestem Normalitet av 185 g Na ₂ SO ₄ som finnes i 1,3 liter av oppløsning.

Molekylvekten til oppløsningen i denne løsningen vil først bli beregnet:

Kilde: Gabriel Bolívar

Det andre trinnet er å beregne ekvivalentfaktoren eller ΔZ. I dette tilfellet, som natriumsulfat er et salt, vil valensen eller ladningen av kationen eller metallet Na ^{+ bli vurdert} , som vil ganges med 2, som er underskriften til den kjemiske formelen til saltet eller oppløsningen:

Na ₂ SO ₄ => ∆Z = Valencia Cation x Subscript

∆Z = 1 x 2

For å oppnå ekvivalentvekten erstattes den i sin respektive ligning:

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

PEq = 71,02 g / ekv

Og så kan du fortsette med å beregne antall ekvivalenter, igjen å ty til en annen enkel beregning:

Ekv. = (185 g) / (71,02 g / ekv.)

Antall ekvivalenter = 2,605 ekv

Til slutt, med alle nødvendige data, beregnes nå normaliteten ved å erstatte i henhold til dens definisjon:

N = 2,605 ekv. / 1,3 l

N = 2,0 N

molaritet

Molalitet er angitt med små bokstaver m og tilsvarer mol oppløst stoff som er til stede i en (1) kilo løsningsmiddel. Det er også kjent som molekonsentrasjon og beregnes ved å bruke følgende formel:

m = mol oppløst / kg løsningsmiddel

Mens molaritet fastslår forholdet mellom molene med løst stoff inneholdt i en (1) liter av løsningen, relaterer molaliteten molene med løst stoff som finnes i ett (1) kg løsningsmiddel.

I de tilfeller hvor løsningen blir fremstilt med mer enn ett løsningsmiddel, vil molaliteten uttrykke de samme mol oppløst stoff per kilo av løsningsmiddelblandingen.

Oppgave 1

Bestem molar konsentrasjon av en oppløsning som ble fremstilt ved å blande 150 g sukrose (C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ ) med 300 g vann.

Molekylvekten til sukrose bestemmes først for å fortsette å beregne mol oppløst stoff i denne løsningen:

Kilde: Gabriel Bolívar

Antall mol sukrose beregnes:

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

n = 0,438 mol sukrose

Grammene av løsningsmiddel blir deretter omdannet til kilogram for å anvende den endelige formelen.

Erstatter da:

m = 0,438 mol sukrose / 0,3 kg vann

m = 1,46 mol C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ / Kg H ₂ O

Selv om det for tiden er en debatt om det endelige uttrykket av molalitet, kan dette resultatet også uttrykkes som:

1,26 m C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ eller 1,26 molal

Noen ganger anses det som fordelaktig å uttrykke konsentrasjonen av løsningen med tanke på molalitet, siden massene av oppløst stoff og løsningsmiddel ikke har svake svingninger eller uforandrede endringer på grunn av virkningene av temperatur eller trykk; som det skjer i løsninger med gassformig løsemiddel.

Videre påpekes det at denne konsentrasjonsenheten referert til en spesifikk løsmasse er uendret av eksistensen av andre oppløste stoffer i løsningen.

Anbefalinger og viktige merknader om kjemisk konsentrasjon

Volumet av løsningen er alltid større enn volumet av løsningsmidlet

Når løsningsøvelsene løses, oppstår feilen ved å tolke volumet til en løsning som om det var løsemidlets. For eksempel, hvis et gram pulverisert sjokolade blir oppløst i en liter vann, er volumet av løsningen ikke lik volumet av en liter vann.

Hvorfor ikke? Fordi løsningen alltid vil okkupere rom mellom løsningsmiddelmolekylene. Når løsningsmidlet har en høy affinitet for oppløsningen, kan volumendringen etter oppløsningen være ubetydelig eller ubetydelig.

Men hvis ikke, og enda mer hvis mengden løst stoff er stor, må volumendringen tas med i betraktningen. Å være på denne måten: Vsolvent + Vsolute = Vsolution. Bare i fortynnede oppløsninger eller hvor mengdene av oppløst stoff er små er gyldige Vsolvent = Vsolution.

Denne feilen bør huskes spesielt når du arbeider med flytende løsemidler. Hvis for eksempel honning blir oppløst i alkohol i stedet for å løse opp pulverisert sjokolade, vil volumet av honning som er tilsatt ha en merkbar effekt på det totale volumet av løsningen.

Derfor må volumet av oppløst stoff i disse tilfeller tilsettes volumet til løsningsmidlet.

Nytten av molaritet

-Kjennelse av molariteten i en konsentrert løsning gjør at det kan gjøres fortynningsberegninger ved å bruke den enkle formelen M1V1 = M2V2, der M1 tilsvarer den opprinnelige molariteten i løsningen og M2, molariteten til løsningen som skal fremstilles fra løsningen. med M1.

-Når man kjenner molariteten til en løsning, kan dens normalitet enkelt beregnes ved å bruke følgende formel: Normalitet = antall ekvivalent x M

Formlene lagres ikke, men enhetene eller definisjonene er

Noen ganger mislykkes imidlertid minne når du prøver å huske alle ligningene som er relevante for konsentrasjonsberegninger. For dette er det veldig nyttig å ha en veldig klar definisjon av hvert konsept.

Fra definisjonen skrives enhetene ved hjelp av konverteringsfaktorene for å uttrykke de som tilsvarer det som skal bestemmes.

For eksempel, hvis du har molalitet og vil konvertere den til det normale, fortsett som følger:

(mol / kg løsningsmiddel) x (kg / 1000 g) (g løsningsmiddel / ml) (ml løsningsmiddel / ml løsning) (1000 ml / l) (ekv. / mol)

Merk at (g løsningsmiddel / ml) er tettheten til løsningsmidlet. Begrepet (ml løsningsmiddel / ml løsning) refererer til hvor mye volum av løsningen som faktisk tilsvarer løsningsmidlet. I mange øvelser er dette siste siktemålet lik 1 av praktiske grunner, selv om det aldri er helt sant.

referanser

1. Innledende Chemistry 1 ^st kanadiske Edition. Kvantitative konsentrasjonsenheter. Kapittel 11 Løsninger. Hentet fra: opentextbc.ca
2. Wikipedia. (2018). Ekvivalent konsentrasjon. Hentet fra: en.wikipedia.org
3. PharmaFactz. (2018). Hva er molaritet? Hentet fra: pharmafactz.com
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kjemi. (8. utg.). CENGAGE Learning, s 101-103, 512, 513.
5. Vandige løsninger-molaritet. Hentet fra: chem.ucla.edu
6. Quimicas.net (2018). Eksempler på normalitet. Gjenopprettet fra: quimicas.net.