CONCENTRAȚIA CHIMICĂ: EXPRESIE, UNITĂȚI, MOLALITATE - CHIMIE - 2025

Concentrația chimică este măsura numerică a cantității relative de solut într-o soluție. Această măsurare exprimă un raport dintre solut și o cantitate sau volum de solvent sau soluție în unități de concentrație. Termenul „concentrare” este legat de cantitatea de solut prezent: o soluție va fi mai concentrată cu atât are mai mult solut.

Aceste unități pot fi fizice atunci când se iau în considerare mărimile masei și / sau volumului componentelor soluției sau substanțelor chimice, când concentrația solutului este exprimată în termeni de aluniți sau echivalenți, luând ca referință numărul Avogadro.

De Leiem, de la Wikimedia Commons

Astfel, prin utilizarea greutăților moleculare sau atomice și a numărului lui Avogadro, este posibilă transformarea unităților fizice în unități chimice atunci când se exprimă concentrația unui solut dat. Prin urmare, toate unitățile pot fi convertite pentru aceeași soluție.

Soluții diluate și concentrate

Cum puteți spune dacă o concentrație este foarte diluată sau concentrată? La prima vedere prin manifestarea oricăreia dintre proprietățile sale organoleptice sau chimice; adică cele pe care simțurile le percep sau care pot fi măsurate.

Superioară Emisiunile imagine o diluare a unei concentrații de dicromat de potasiu (K ₂ Cr ₂ O ₇ ), care prezintă o culoare portocalie. De la stânga la dreapta, puteți vedea cum culoarea scade în intensitate pe măsură ce concentrația este diluată, adăugând mai mult solvent.

Această diluare face posibilă obținerea în acest fel a unei concentrații diluate dintr-o concentrată. Culoarea (și alte proprietăți „ascunse” din miezul său portocaliu) se schimbă în același mod ca și concentrația sa, fie cu unități fizice sau chimice.

Dar care sunt unitățile chimice de concentrare? Printre ele se numără molaritatea sau concentrația molară a unei soluții, care se referă la molele de solut de volumul total al soluției în litri.

Există, de asemenea, molalitatea sau denumită și concentrație molară, care se referă la alunitele de solut, dar care sunt conținute într-o cantitate standardizată de solvent sau solvent care este exact un kilogram.

Acest solvent poate fi pur sau dacă soluția conține mai mult de un solvent, molalitatea va fi moli de solut per kilogram de amestec de solvent.

Iar a treia unitate de concentrație chimică este normalitatea sau concentrația normală a unei soluții care exprimă numărul de echivalenți chimici ai solutului per litru de soluție.

Unitatea în care este exprimată normalitatea este în echivalenți pe litru (Eq / L), iar în medicină concentrația electroliților din serul uman este exprimată în miliequivalenți pe litru (mEq / L).

Modalități de exprimare a concentrării

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

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

Descrierea calitativă

Utilizată mai ales în limbajul informal și non-tehnic, descrierea calitativă a concentrației unui amestec este exprimată sub formă de adjective, care indică în mod generalizat nivelul de concentrare pe care o soluție îl are.

Astfel, nivelul minim de concentrare în conformitate cu descrierea calitativă este cel al unei soluții „diluate”, iar maximul este cel al „concentratului”.

Vorbim de soluții diluate atunci când o soluție are o proporție foarte mică de solut ca funcție a volumului total al soluției. Dacă doriți să diluați o soluție, adăugați mai mult solvent sau găsiți o modalitate de a reduce soluția.

Acum, vorbim de soluții concentrate atunci când au o proporție mare de solut ca funcție a volumului total de soluție. Pentru a concentra o soluție, adăugați mai multă soluție sau reduceți cantitatea de solvent.

În acest sens, această clasificare se numește descriere calitativă, nu doar pentru că îi lipsește măsurători matematice, ci și datorită calității sale empirice (poate fi atribuită caracteristicilor vizuale, mirosurilor și gusturilor, fără a fi nevoie de teste științifice).

Clasificare după solubilitate

Solubilitatea unei concentrații denumește capacitatea maximă de soluție pe care o soluție o deține, în funcție de condiții precum temperatura, presiunea și substanțele dizolvate sau în suspensie.

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

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

- Soluțiile saturate sunt cele în care cantitatea maximă de solut posibil a fost dizolvată în solvent la o temperatură specifică. În acest caz, există un echilibru între ambele substanțe și soluția nu poate accepta mai mult solut (deoarece se va precipita).

- Soluțiile suprasaturate au mai multă solutie decât ar accepta soluția în condiții de echilibru. Acest lucru se realizează prin încălzirea unei soluții saturate, adăugând mai multă soluție decât în ​​mod normal. Odată răcit, nu va precipita solutul automat, dar orice perturbare poate provoca acest efect din cauza instabilității sale.

Notatie cantitativa

Atunci când studiați o soluție care trebuie utilizată în domeniul tehnic sau științific, este necesară o precizie măsurată și exprimată în unități, care să descrie concentrația în funcție de valorile sale exacte de masă și / sau volum.

Acesta este motivul pentru care există o serie de unități utilizate pentru a exprima concentrația unei soluții în notația cantitativă, care sunt împărțite în fizice și chimice și care la rândul lor au subdiviziuni proprii.

Unitățile concentrațiilor fizice sunt cele ale „concentrării relative”, care sunt exprimate în termeni de procente. Există trei moduri de a exprima concentrațiile de procente: procente de masă, procente de volum și procente de masă.

În schimb, unitățile concentrațiilor chimice se bazează pe cantități molare, echivalenți gram, părți pe milion și alte caracteristici ale solutului raportat la soluție.

Aceste unități sunt cele mai frecvente datorită preciziei lor ridicate la măsurarea concentrațiilor și, din acest motiv, acestea sunt de obicei cele pe care doriți să le cunoașteți atunci când lucrați cu soluții chimice.

Unități de concentrare

Așa cum s-a descris în secțiunile anterioare, atunci când se caracterizează cantitativ concentrația unei soluții, calculele ar trebui să fie guvernate de unitățile existente în acest scop.

De asemenea, unitățile de concentrare sunt împărțite în cele cu concentrație relativă, cele ale concentrațiilor diluate, cele pe bază de alunițe și altele suplimentare.

Unități de concentrare relative

Concentrațiile relative sunt cele exprimate în procente, așa cum este menționat în secțiunea anterioară. Aceste unități sunt împărțite în procente de masă-masă, procent volum-volum și procent masă-volum și sunt calculate astfel:

-% masă = masa de solut (g) / masa soluției totale (g) x 100

-% volum = volum de soluție (ml) / volum de soluție totală (ml) x 100

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

În acest caz, pentru a calcula masa sau volumul soluției totale, masa sau volumul solutului trebuie adăugate cu cea a 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 pentru aceste unități este de a găsi urme ale unui gaz dizolvat în altul, cum ar fi agenții care poluează aerul.

Aceste unități sunt listate sub formă de părți pe milion (ppm), părți pe miliard (ppb) și părți pe trilion (ppt) și sunt exprimate astfel:

- ppm = 1 mg soluție / 1 L soluție

- ppb = 1 μg soluție / 1 L soluție

- ppt = 1 ng soluție / 1 L soluție

În aceste expresii, mg este egal cu miligrame (0,001 g), μg este egal cu micrograme (0,000001 g), iar ng este egal cu nanogramele (0,000000001 g). Aceste unități pot fi, de asemenea, exprimate în termeni de volum / volum.

Unități de concentrare în funcție de alunițe

Unitățile de concentrare bazate pe alunițe sunt cele ale fracției aluniței, procentului de aluniță, molarității și molalității (ultimele două sunt mai bine descrise la sfârșitul articolului).

Fracția aluniță a unei substanțe este fracția din toate moleculele sale constitutive (sau atomi) ca funcție a moleculelor totale sau a atomilor. Se calculează astfel:

X _A = numărul de moli de substanță A / numărul total de alunițe în soluție

Această procedură se repetă pentru celelalte substanțe aflate în soluție, ținând cont că suma lui X _A + X _B + X _C … trebuie să fie egală cu una.

Procentul de alunițe este lucrat într-un mod similar cu X _A , doar în ceea ce privește procentul:

Procent procent molar de A = X _A x 100%

Secțiunea finală va discuta în detaliu molaritatea și molalitatea.

Formalitate și normalitate

În sfârșit, există două unități de concentrare care sunt în prezent în uz: formalitatea și normalitatea.

Formalitatea unei soluții reprezintă numărul de greutate-formulă-gram pe litru de soluție totală. Se exprimă astfel:

F = Nu. Soluție PFG / L

În această expresie, PFG este egal cu greutatea fiecărui atom al substanței, exprimată în grame.

În schimb, normalitatea reprezintă numărul de echivalenți de solut împărțit la litri de soluție, așa cum este exprimat mai jos:

N = grame echivalente de soluție solut / L

În expresia menționată, gramele echivalente de solut pot fi calculate prin numărul de aluniți H ⁺ , OH ^- sau alte metode, în funcție de tipul de moleculă.

molaritate

Molaritatea sau concentrația molară a unui solut este unitatea de concentrație chimică care exprimă sau raportează alunitele solutului (n) care sunt conținute într-un (1) litru (L) de soluție.

Molaritatea este desemnată cu majuscule M și pentru a determina alunițele solutului (n), gramele solutului (g) sunt împărțite la greutatea moleculară (MW) a solutului.

De asemenea, greutatea moleculară MW a solutului este obținută din suma greutăților atomice (PA) sau a masei atomice a elementelor chimice, având în vedere proporția în care se combină pentru a forma solutul. Astfel, diferite solutii au propriul lor PM (desi acest lucru nu este întotdeauna cazul).

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

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

Numărul de aluniți: n = g de solut / MW de solut

Exercitiul 1

Calculați Molaritatea unei soluții care este preparată cu 45 g de Ca (OH) ₂ dizolvată în 250 ml de apă.

Primul lucru de calculat este greutatea moleculară a Ca (OH) ₂ (hidroxid de calciu). Conform formulei sale chimice, compusul este format dintr-un cation de calciu și doi anioni hidroxil. Aici greutatea unui electron mai mică sau suplimentară pentru specie este neglijabilă, deci greutățile atomice sunt luate:

Sursa: Gabriel Bolívar

Numărul de alunițe ale solutului va fi apoi:

n = 45 g / (74 g / mol)

n = 0,61 moli de Ca (OH) ₂

Se obțin 0,61 moli de solut, dar este important să ne amintim că acești aluniți se dizolvă în 250 ml soluție. Deoarece definiția molarității este moli într-un litru sau 1000 ml, trebuie făcută o regulă simplă de trei pentru a calcula alunițele care sunt în 1000 ml soluție menționată

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

În 1000 ml soluție => x Câte alunițe sunt?

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

X = 2,44 M (mol / L)

Altă cale

Cealaltă modalitate de a obține alunițele pentru a aplica formula presupune ca cei 250 ml să fie duși la litri, aplicând și o regulă de trei:

Dacă 1000 ml => sunt 1 litru

250 ml => x Câți litri sunt?

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

x = 0,25 L

Înlocuind apoi în formula Molaritate:

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

M = 2,44 mol / L

Exercițiul 2

Ce înseamnă pentru o soluție de HCl să fie 2,5 M?

Soluția de HCl este 2,5 mol, adică un litru din ea a dizolvat 2,5 moli de acid clorhidric.

Normal

Normalitatea sau concentrația echivalentă, este unitatea de concentrare chimică a soluțiilor care este desemnată cu majuscula N. Această unitate de concentrare indică reactivitatea solutului și este egală cu numărul de echivalenți de solut (Eq) împărțit la volumul soluției exprimat în litri.

N = echivalent / l

Numărul de echivalenți (ec) este egal cu gramele de solut împărțite la greutatea echivalentă (PEq).

Egal = g solut / PEq

Greutatea echivalentă, sau cunoscută și sub denumirea de echivalent gram, se calculează obținând greutatea moleculară a solutului și împărțind-o la 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 și de tipul de reacție chimică la care participă solutul sau specia reactivă. Câteva cazuri ale acestei variații pot fi menționate mai jos:

-Când este un acid sau bază, ΔZ sau factorul echivalent, va fi egal cu numărul de ioni de hidrogen (H ⁺ ) sau hidroxil OH ^{- pe} care îl are solutul. De exemplu, acidul sulfuric (H ₂ SO ₄ ) are doua echivalente deoarece are doi protoni acizi.

-Când vine vorba de reacții de oxidare-reducere, ΔZ va corespunde numărului de electroni implicați în procesul de oxidare sau reducere, în funcție de cazul specific. Aici intră în joc echilibrarea ecuațiilor chimice și specificația reacției.

-De asemenea, acest factor echivalent sau ΔZ va corespunde numărului de ioni care precipită în reacțiile clasificate drept precipitații.

Exercitiul 1

Se determină Normalitatea de 185 g de Na ₂ SO ₄ găsite în 1,3 L de soluție.

Greutatea moleculară a solutului din această soluție va fi calculată mai întâi:

Sursa: Gabriel Bolívar

Al doilea pas este calcularea factorului echivalent sau ΔZ. În acest caz, întrucât sulfat de sodiu este o sare, ^{se va lua în considerare} valența sau încărcarea cationului sau a metalului Na ⁺ , care va fi înmulțit cu 2, care este subscripția formulei chimice a sării sau a solutului:

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

∆Z = 1 x 2

Pentru a obține greutatea echivalentă, este înlocuit în ecuația respectivă:

PEq = (142.039 g / mol) / (2 ech. / Mol)

PEq = 71,02 g / ech

Și apoi puteți continua să calculați numărul echivalenților, apelând din nou la un alt calcul simplu:

Egală = (185 g) / (71,02 g / ech.)

Numărul de echivalenți = 2.605 Eq

În sfârșit, cu toate datele necesare, normalitatea este acum calculată prin înlocuirea conform definiției sale:

N = 2.605 Egal / 1,3 L

N = 2,0 N

molalitate

Molalitatea este desemnată cu litera minusculă m și este egală cu alunițele de solut care sunt prezente într-un (1) kilogram de solvent. De asemenea, este cunoscută sub denumirea de concentrație molară și se calculează folosind următoarea formulă:

m = moli de solut / Kg de solvent

În timp ce Molaritatea stabilește raportul dintre alunițele de solut conținute într-un (1) litru de soluție, molalitatea se referă la alunitele de solut care există într-un (1) kilogram de solvent.

În acele cazuri în care soluția este preparată cu mai mult de un solvent, molalitatea va exprima aceleași alunițe de solut per kilogram de amestec de solvent.

Exercitiul 1

Determinați molalitatea unei soluții care a fost preparată amestecând 150 g de zaharoză (C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ ) cu 300 g de apă.

Greutatea moleculară a zaharozei este determinată mai întâi pentru a calcula alunițele de solut în această soluție:

Sursa: Gabriel Bolívar

Numărul de alunițe de zaharoză este calculat:

n = (150g zaharoză) / (342.109 g / mol)

n = 0,438 moli de zaharoză

Gramele de solvent sunt apoi transformate în kilograme pentru a aplica formula finală.

Înlocuind apoi:

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

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

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

1,26 m C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ sau 1,26 molal

Uneori se consideră avantajos să se exprime concentrația soluției în termeni de molalitate, deoarece masele solutului și ale solventului nu suferă fluctuații ușoare sau modificări inadecvate din cauza efectelor temperaturii sau presiunii; așa cum se întâmplă în soluții cu solut gazos.

Mai mult, se subliniază că această unitate de concentrare la care se face referire la un solut specific este nemodificată de existența altor solute în soluție.

Recomandări și note importante privind concentrația chimică

Volumul soluției este întotdeauna mai mare decât cel al solventului

Pe măsură ce exercițiile de soluție sunt rezolvate, apare eroarea de a interpreta volumul unei soluții ca și cum ar fi cel al solventului. De exemplu, dacă se dizolvă un gram de ciocolată pudră într-un litru de apă, volumul soluției nu este egal cu cel al unui litru de apă.

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

Dar, dacă nu, și cu atât mai mult dacă cantitatea de solut este mare, trebuie luată în considerare modificarea volumului. Fiind astfel: Vsolvent + Vsolute = Vsolution. Doar în soluții diluate sau în care cantitățile de solut sunt mici este valabil Vsolvent = Vsolution.

Această eroare trebuie reținută mai ales atunci când lucrați cu soluții lichide. De exemplu, dacă în loc să dizolveți ciocolata pudră, mierea este dizolvată în alcool, atunci volumul de miere adăugat va avea un efect notabil asupra volumului total al soluției.

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

Utilitatea molarității

-Cunoașterea molarității unei soluții concentrate permite efectuarea calculelor de diluare folosind formula simplă M1V1 = M2V2, unde M1 corespunde Molarității inițiale a soluției și M2 Molaritatea soluției care trebuie preparată din soluție cu M1.

-Cunoscând molaritatea unei soluții, Normalitatea ei poate fi calculată cu ușurință folosind următoarea formulă: Normalitate = număr de echivalent x M

Formulele nu sunt memorate, dar unitățile sau definițiile sunt

Cu toate acestea, uneori memoria eșuează atunci când încearcă să-ți amintești toate ecuațiile pertinente pentru calculele concentrației. Pentru aceasta, este foarte util să avem o definiție foarte clară a fiecărui concept.

Pornind de la definiție, unitățile sunt scrise folosind factorii de conversie pentru a le exprima pe cele care corespund cu ceea ce urmează a fi determinat.

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

(mol / Kg solvent) x (kg / 1000g) (g solvent / mL) (mL solvent / ml soluție) (1000mL / L) (Egal / mol)

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

Referințe

1. Introducere Chimie - ^Prima ediție canadiană. Unități cantitative de concentrare. Capitolul 11 ​​Soluții. Preluat de la: opentextbc.ca
2. Wikipedia. (2018). Concentrație echivalentă. Preluat de la: en.wikipedia.org
3. PharmaFactz. (2018). Ce este molaritatea? Preluat de la: pharmafactz.com
4. Whitten, Davis, Peck și Stanley. Chimie. (Ediția a VIII-a). CENGAGE Learning, p 101-103, 512, 513.
5. Soluții apoase-molaritate. Luat de la: chem.ucla.edu
6. Quimicas.net (2018). Exemple de normalitate. Recuperat din: quimicas.net.