Концентрация и способы ее выражения

Тема: Свойства растворов

Вид учебного занятия: лекция

Цель учебного занятия: Ознакомится с понятиями раствор и растворимость, способами выражения концентрации раствора. Закрепить знания при решении задач.

План лекции

1.Понятия растворов и растворимости

2. Способы выражения концентрации раствора

Растворы.

Растворами называют однородные системы переменного состава. Химический состав и физические свойства одного раствора во всех частях его объёма одинаковы.

В отличие от простого смешивания веществ, при растворении происходит взаимодействие между частицами, образующими раствор.

Часто для определения раствора используют понятия гомогенной и гетерогенной системы.

Гомогенная система (от греч. όμός — равный, одинаковый; γένω — рождать) — однородная система, химический состав и физические свойства которой во всех частях одинаковы или меняются непрерывно, без скачков (между частями системы нет поверхностей раздела).

В гомогенной системе из двух и более химических компонентов каждый компонент распределен в массе другого в виде молекул, атомов, ионов. Составные части гомогенной системы нельзя отделить друг от друга механическим путем.

Гетерогенная система (от греч. έτερος — разный; γένω — рождать) — неоднородная система, состоящая из однородных частей (фаз), разделённых поверхностью раздела.

Растворы могут существовать в трёх агрегатных состояниях – твёрдом, жидком и газообразном (парообразном). Примерами твёрдых растворов могут служить некоторые сплавы металлов, например сплав золота и меди, газообразных – воздух.

Наиболее важный вид растворов – жидкие растворы.

Растворы имеют чрезвычайно важное значение в жизни человека. Так, процессы усвоения пищи человеком и животными связаны с переводом питательных веществ в раствор. Растворами являются все важнейшие физиологические жидкости (кровь, лимфа и т.д.).

Всякий раствор состоит из растворённых веществ и растворителя, т.е. среды, в которой эти вещества равномерно распределены в виде молекул и ионов.

Обычно растворителем считают тот компонент, который в чистом виде существует в том же агрегатном состоянии, что и полученный раствор. Например, в случае водного раствора соли растворителем является вода.

Если же оба компонента до растворения находились в одинаковом агрегатном состоянии (например, спирт и вода), то растворителем считается компонент, находящийся в большем количестве.

Растворимость – способность вещества образовывать с другими веществами однородные системы – растворы, в которых оно находится в виде отдельных атомов, ионов, молекул или частиц. А концентрация – это мера растворимости. Следовательно, растворимость является способностью веществ распределяться равномерно в виде элементарных частиц по всему объему растворителя.

Концентрация и способы ее выражения

Концентрацией раствора называется количество растворённого вещества, содержащееся в определённом количестве раствора или растворителя.

Растворы с большой концентрацией растворённого вещества называются концентрированными, с малой – разбавленными.

Она бывает следующих видов:

Массовая доля (w%), процентная концентрация (С%)

1. Концентрация процентная (выражается в %) – она говорит о том, сколько содержится граммов растворенного вещества в 100 граммах раствора.

Массовая доля (ω)- показывает число единиц массы растворенного вещества, содержащееся в 100 единицах массы раствора.

Определить массовую долю растворенного вещества можно, найдя отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора, т.е.

ω=(m/m₁)100%.

где ω – массовая доля растворенного вещества; m – масса растворенного вещества; m₁ – масса раствора.

Массовую долю вещества обычно выражают в долях единицы или в процентах.

2. Концентрация молярная – это число грамм-молей, приходящихся на 1 литр раствора. Показывает, сколько содержится грамм-молекул в 1 литре раствора вещества.

Молярная концентрация (С_М) - показывает количество молей растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора.

Молярная концентрация – это отношение количества растворенного вещества (m/M) к объему его раствора (V):
C_M= m/(MV), моль/л,
где m – масса растворенного вещества, г; М – молярная масса растворенного вещества, г/моль; V – объем раствора, л.
В том случае, когда объем раствора выражается в миллилитрах, выражение для молярной концентрации примет вид
С_М = m·1000/(MV).
Если 1 л раствора содержит 1 моль растворенного вещества, раствор называется одномолярным и обозначается 1М, если 0,1 моль – децимолярным (0,1М), 0,01 моль – сантимолярным (0,01М) и т.д.
Так, одномолярный раствор NaOH – это такой раствор, в 1 л которого содержится 1 моль NaOH, т.е. 40 г.
Молярная концентрация эквивалента (нормальная или эквивалентная) концентрация (С_Н) – это число молей эквивалента растворенного вещества в 1 л раствора.

3. Концентрация нормальная – это число грамм-эквивалентов, приходящихся на 1 литр раствора. Показывает, сколько содержится грамм-эквивалентов растворенного вещества в 1 литре раствора.

3. Нормальная концентрация – это отношение количества эквивалентов растворенного вещества к объему раствора:
С_Н = m/(m_ЭV), моль/л,
где m – масса растворенного вещества, г; m_Э – молярная масса эквивалента растворенного вещества, г/моль; V – объем раствора, л.
Если 1 л раствора содержит 1 моль эквивалента растворенного вещества, раствор называется однонормальным и обозначается 1н, если 0,1 моль эквивалента – децинормальным (0,1н), 0,01 моль эквивалента – сантинормальным (0,01н) и т.д.

Использование эквивалентных концентраций растворов значительно упрощает расчеты. Пользуясь растворами, концентрация которых выражена нормальностью, легко рассчитать, в каких объемных отношениях они должны быть смешаны, чтобы растворенные вещества прореагировали без остатка.

Пусть V₁ л раствора вещества 1 с нормальностью С_Н1 реагирует с V₂ л раствора вещества 2 с нормальностью С_Н2. Это означает, что в реакцию вступило С_Н1V₁эквивалентов вещества 1 и С_Н2V₂ эквивалентов вещества 2. Вещества взаимодействуют друг с другом в эквивалентных количествах, следовательно,

С_Н1V₁= С_Н2V₂ или V₁: V₂ = С_Н2: С_Н1,

т.е. объемы растворов реагирующих веществ обратно пропорциональны их эквивалентным концентрациям.

Моляльная концентрация (С_m) показывает число молей растворенного вещества в 1 кг растворителя. Так, 2m H₂SO₄ означает раствор серной кислоты, в котором на 1000 г воды приходится 2 моля H₂SO₄.
В математической форме она выражается так;
C_m = m·1000/(M·m₁), где С_m – моляльная концентрация раствора, m – масса растворенного вещества, М – молярная масса растворенного вещества, m₁ – масса растворителя.
Мольная доля (N_i) – это отношение числа молей данного компонента к сумме молей всех компонентов раствора. Обычно обозначают мольную долю растворителя - N₁, а для растворенных веществ – N₂, N₃ и т.д. В случае раствора одного вещества в другом мольная доля растворенного вещества N₂ равна
N₂ = n₂/(n₁ n₂), где n₁ и n₂ – числа молей растворителя и растворенного вещества.

5. Титр определяет содержание (в граммах) вещества, которое растворено в 1 миллилитре раствора.
Титр (Т) показывает число граммов растворенного вещества, содержащегося в 1 см³ (мл) раствора.
Титр – отношение массы растворенного вещества к объему раствора:
Т = m/V, где m – масса растворенного вещества в г, V – объем раствора в мл.

Вопросы для самоконтроля

1. Что называют раствором и растворителем?

2. Как рассчитывается процентная концентрация раствора?

3. Какая концентрация называется молярной и как она рассчитывается?

4. Какая концентрация называется нормальной и как она рассчитывается?

5. Что такое титр раствора?