Concentraties berekenen met eenheden en verdunningen

Berekening van de concentratie van een chemische stof oplossing is een basisvaardigheid die alle studenten scheikunde vroeg in hun studie moeten ontwikkelen. Wat is concentratie? Concentratie verwijst naar de hoeveelheid opgelost dat is opgelost in een oplosmiddel. We denken normaal gesproken aan een opgeloste stof als een vaste stof die wordt toegevoegd aan een oplosmiddel (bijvoorbeeld tafelzout toevoegen aan water), maar de opgeloste stof zou gemakkelijk in een andere fase kunnen bestaan. Als we bijvoorbeeld een kleine hoeveelheid ethanol aan water toevoegen, is de ethanol de opgeloste stof en is het water het oplosmiddel. Als we een kleinere hoeveelheid water toevoegen aan een grotere hoeveelheid ethanol, dan kan het water opgelost zijn!

Nadat u de opgeloste stof en het oplosmiddel in een oplossing hebt geïdentificeerd, bent u klaar om zijn concentratie bepalen. Concentratie kan op verschillende manieren worden uitgedrukt massasamenstelling, volumepercentage, molfractie, molariteit, molaliteitof normaliteit.

1. Percentage samenstelling per massa (%)Dit is de massa van de opgeloste stof gedeeld door de massa van de oplossing (massa opgeloste stof plus massa oplosmiddel), vermenigvuldigd met 100.
   Voorbeeld:
   Bepalen procent samenstelling op massa van een 100 g zoutoplossing die 20 g zout bevat.
   Oplossing:
   20 g NaCl / 100 g oplossing x 100 = 20% NaCl-oplossing
2. Volumepercentage (% v / v) Volumepercentage of volume / volumepercentage wordt het meest gebruikt bij het bereiden van oplossingen van vloeistoffen. Volumepercentage is gedefinieerd als:
   v / v% = [(volume opgeloste stof) / (volume oplossing)] x 100%
   Merk op dat het volumepercentage relatief is aan het volume van de oplossing, niet het volume van oplosmiddel. Wijn is bijvoorbeeld ongeveer 12% v / v ethanol. Dit betekent dat er 12 ml ethanol is voor elke 100 ml wijn. Het is belangrijk om te beseffen dat vloeistof- en gasvolumes niet noodzakelijk additief zijn. Als u 12 ml ethanol en 100 ml wijn mengt, krijgt u minder dan 112 ml oplossing.
   Als een ander voorbeeld kan 70% v / v ontsmettingsalcohol worden bereid door 700 ml isopropylalcohol te nemen en voldoende water toe te voegen om 1000 ml oplossing te verkrijgen (die niet 300 ml zal zijn).
3. Molfractie (X) Dit is het aantal mol van een verbinding gedeeld door het totale aantal mol van alle chemische soorten in de oplossing. Houd er rekening mee dat de som van alle molfracties in een oplossing altijd gelijk is aan 1.
   Voorbeeld:Wat zijn de molfracties van de componenten van de gevormde oplossing wanneer 92 g glycerol wordt gemengd met 90 g water? (molecuulgewicht water = 18; molecuulgewicht van glycerol = 92)
   Oplossing:
   90 g water = 90 g x 1 mol / 18 g = 5 mol water
   92 g glycerol = 92 g x 1 mol / 92 g = 1 mol glycerol
   totale mol = 5 + 1 = 6 mol
   X_water = 5 mol / 6 mol = 0,833
   X _glycerol = 1 mol / 6 mol = 0,167
   Het is een goed idee om uw wiskunde te controleren door ervoor te zorgen dat de molfracties optellen tot 1:
   X_water + x_glycerol = .833 + 0.167 = 1.000
4. Molariteit (M) Molariteit is waarschijnlijk de meest gebruikte concentratie-eenheid. Het is het aantal mol opgeloste stof per liter oplossing (niet noodzakelijk hetzelfde als het volume oplosmiddel!).
   Voorbeeld:
   Wat is de molariteit van een oplossing gemaakt wanneer water wordt toegevoegd aan 11 g CaCl₂ 100 ml oplossing maken? (Het molecuulgewicht van CaCl₂ = 110)
   Oplossing:
   11 g CaCl₂ / (110 g CaCl₂ / mol CaCl₂) = 0,10 mol CaCl₂
   100 ml x 1 L / 1000 ml = 0,10 L
   molariteit = 0,10 mol / 0,10 L
   molariteit = 1,0 M
5. Molaliteit (m) Molality is het aantal mol opgeloste stof per kilogram oplosmiddel. Omdat de dichtheid van water bij 25 ° C ongeveer 1 kilogram per liter is, is de molaliteit ongeveer gelijk aan de molariteit voor verdunde waterige oplossingen bij deze temperatuur. Dit is een handige benadering, maar onthoud dat het slechts een benadering is en niet van toepassing is wanneer de oplossing een andere temperatuur heeft, niet verdund is of een ander oplosmiddel dan water gebruikt.
   Voorbeeld:Wat is de molaliteit van een oplossing van 10 g NaOH in 500 g water? (Moleculair gewicht van NaOH is 40)
   Oplossing:
   10 g NaOH / (40 g NaOH / 1 mol NaOH) = 0,25 mol NaOH
   500 g water x 1 kg / 1000 g = 0,50 kg water
   molaliteit = 0,25 mol / 0,50 kg
   molaliteit = 0,05 M / kg
   molaliteit = 0,50 m
6. Normaliteit (N) Normaliteit is gelijk aan de equivalent equivalent gram van een opgeloste stof per liter oplossing. Een gramequivalentgewicht of equivalent is een maat voor het reactief vermogen van een gegeven molecuul. Normaliteit is de enige concentratie-eenheid die reactieafhankelijk is.
   Voorbeeld:
   1 M zwavelzuur (H₂ZO₄) is 2 N voor zuur-base reacties omdat elke mol zwavelzuur 2 mol H levert⁺ ionen. Anderzijds is 1 M zwavelzuur 1 N voor sulfaatneerslag, omdat 1 mol zwavelzuur 1 mol sulfaationen levert.
7. Gram per liter (g / l)
   Dit is een eenvoudige methode om een ​​oplossing te bereiden op basis van gram opgeloste stof per liter oplossing.
8. Formaliteit (F)
   Een formele oplossing wordt uitgedrukt met betrekking tot formulegewichtseenheden per liter oplossing.
9. Delen per miljoen (ppm) en delen per miljard (ppb)Gebruikt voor extreem verdunde oplossingen, drukken deze eenheden de verhouding uit van delen opgeloste stof per 1 miljoen delen van de oplossing of 1 miljard delen van een oplossing.
   Voorbeeld:
   Een watermonster blijkt 2 ppm lood te bevatten. Dit betekent dat voor elke miljoen onderdelen er twee worden geleid. Dus in een monster van één gram water zou twee miljoenste van een gram lood zijn. Voor waterige oplossingen wordt aangenomen dat de dichtheid van water voor deze concentratie-eenheden 1,00 g / ml is.

U verdun een oplossing wanneer u oplosmiddel aan een oplossing toevoegt. Het toevoegen van oplosmiddel resulteert in een oplossing met een lagere concentratie. U kunt de concentratie van een oplossing na een verdunning berekenen door deze vergelijking toe te passen:

M_ikV_ik = M_fV_f

waarbij M molariteit is, V volume is en de subscripten i en f verwijzen naar de begin- en eindwaarden.

Voorbeeld:
Hoeveel milliliter 5,5 M NaOH is nodig om 300 ml 1,2 M NaOH te bereiden?

Oplossing:
5,5 M x V₁ = 1,2 M x 0,3 L
V₁ = 1,2 M x 0,3 L / 5,5 M
V₁ = 0,065 L
V₁ = 65 ml

Dus, om de 1,2 M NaOH-oplossing te bereiden, giet je 65 ml 5,5 M NaOH in je container en voeg je water toe om 300 ml eindvolume te krijgen