Приготовление растворов заданной концентрации

Способы выражения концентрации растворенного вещества в растворе.

Для удобства изучения способов выражения содержания растворенных веществ в растворах введем следующие обозначения: k - количество компонентов в растворе (k > 1); m₀ - масса растворителя, г; m_i - масса i-го компонента, г; n_i - количество i-го компонента, моль; V - объем раствора, л; V_i - объем i-го компонента, л; N_i - количество i-го компонента, экв; М_i - мольная масса i-го компонента, г/моль; Э_i - эквивалентная масса i-го компонента, г/экв; w_i - массовая доля i-го компонента; a_i - мольная доля i-го компонента; j_i - объемная доля i-го компонента.

Массовая доля ω – отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора (масса вещества в 1г. раствора). ω выражается в относительных единицах

, или в процентах .

Массовая доля, выраженная в процентах, называется процентной концентрацией и обозначается C_% (масса вещества в 100г. раствора).

Мольная доля α – отношение количества молей растворенного вещества к общему количеству молей в растворе:

.

Мольная доля аналогично массовой доле выражается в относительных единицах или процентах.

Объемная доля φ – отношение объема растворенного вещества к общему объему раствора (для газообразных систем):

.

Моляльность C_m – отношение количества растворенного вещества к массе растворителя (моль/кг) (количество молей вещества в 1кг растворителя):

.

Массовая концентрация r_i – отношение массы растворенного вещества к общему объему раствора (г/л) (масса вещества в 1л. раствора):

.

В аналитической химии используется титр T – количество граммов растворенного вещества, содержащееся в 1 мл раствора (г/мл).

Молярная концентрация C_M, или M – отношение количества молей растворенного вещества к общему объему раствора (моль/л) (количество молей вещества в 1л. раствора):

.

Эквивалентная или нормальная концентрация C_Н, H – отношение количества эквивалентов (эквивалент – это количество вещества, которое нацело реагирует с 1 молем атомов водорода или вытесняет это количество водорода из его соединений) растворенного вещества к общему объему раствора (моль - экв/л) (количество моль-эквивалентов вещества в 1л. раствора):

.

Эквивалентная масса соотносится с мольной массой следующим образом:

для кислот: ;

для оснований: ;

для солей и оксидов: ,

где n_H+ – основность кислоты; n_OH- – кислотность основания; n_Me – число атомов металла в молекуле соли или оксида; B_Me – валентность металла.

Например:

Отсюда следует, что для кислот C_H = C_M. n_H+; для оснований C_H = C_M. n_OH-; для солей и оксидов C_H = C_M. n_Me. B_Me.

Моляльность, мольная доля и массовая доля широко применяются в физико-химических исследованиях, так как они не связаны с объемом раствора и не зависят от температуры. В аналитической химии для количественных определений часто пользуются титрованными растворами (растворами с известным титром), а также растворами с известной эквивалентной (нормальной) концентрацией.

Метод приготовления раствора зависит от способа выражения заданной концентрации. Общим для всех методов является то, что сухие вещества взвешиваются на технохимических или аналитических весах в зависимости от величины навески и точности, с которой должен быть приготовлен раствор.

Жидкие вещества отмеряются мерными сосудами: мензурками, цилиндрами, пипетками или бюретками.

При расчете объема жидкостей часто пользуются соотношениями

r = m / V; V = m / r,

где r – плотность жидкости в г/мл или г/см³, m – масса жидкости в г, V – объем жидкости в мл или см³;

Рис. Ареометр

На практике плотность жидких веществ и растворов измеряется ареометром (рис.), шкала которого позволяет определять плотность обычно с точностью до 0,005 г/см3, что соответствует погрешности примерно в 1%.

Плотность воды при нормальных условиях равна единице, поэтому масса и объем воды количественно совпадают.

Для приготовления растворов с определенной молярной или нормальной концентрацией используются мерные колбы – плоскодонные, круглые колбы с узкими горлами и пришлифованными стеклянными пробками (рис.). Мерными колбами пользуются и в тех случаях, когда необходимо разбавить раствор в строго определенное число раз.

Рис. Мерные сосуды для приготовления растворов:

а – колба, б – пипетка, в – бюретка

Опыт 1. Приготовление раствора бихромата калия K₂Cr₂O₇