Conţinut

• Pași
• Sfat
• Avertizare

În chimie, soluţie este un amestec omogen de solut și Solvent dizolva acel solut. Concentraţie este o măsură a cantității de substanță dizolvată într-un solvent. Există multe motive pentru a calcula concentrația unei soluții, dar metoda este aceeași indiferent dacă trebuie să vă testați nivelul de clor într-o baie sau să analizați o probă de sânge pentru a salva vieți. Acest articol va oferi câteva cunoștințe de bază despre chimia soluțiilor, urmate de instrucțiuni detaliate despre o aplicație practică foarte comună - întreținerea acvariului.

Pași

Metoda 1 din 5: Aflați elementele de bază ale concentrării

1. 

   Învață vocabularul. Concentrația este raportul dintre masa solutului și masa întregului amestec. De exemplu, dacă aveți de gând să dizolvați zahărul și oțetul împreună pentru un experiment, trebuie să calculați concentrația de zahăr din amestec. Mai jos este o descriere a fiecărei componente a rezultatului unei probleme chimice:
   • Zaharul este solut, adică ingredientul este dizolvat. Măsurați concentrația solutului.
   • Oțetul este Solvent, adică substanța în care dizolvați o altă substanță.
   • După ce le-ați amestecat, veți avea unul soluţie. Pentru a calcula concentrația de care aveți nevoie pentru a obține masa totală a soluției, aceasta poate fi găsită adăugând împreună masa solutului și masa solventului.
   • Dacă nu vă amintiți ce solvenți și ce solvenți își amintesc acest exemplu.

2. 

   
   
   Aflați cum să scrieți concentrații. Deoarece există diferite moduri de a exprima „masa” unei substanțe, există și mai multe modalități de a scrie concentrația. Acestea sunt cele mai frecvente:
   • Gram pe litru (g / L). Este pur și simplu masa în grame de substanță dizolvată într-un volum dat de soluție. Adesea utilizat pentru solvenți și solvenți lichizi, cum ar fi zahărul și oțetul din exemplul de mai sus.
   • Concentrația molară (M). Numărul de moli de dizolvat împărțit la volumul soluției. Mol este o unitate de măsură în chimie, utilizată pentru a descrie numărul de atomi sau molecule ale unei substanțe.
   • Părți pe milion (ppm). Numărul de unități (de obicei grame sau miligrame) de substanță dizolvată pe milion de unități de soluție. De obicei utilizat pentru soluții apoase foarte diluate.
   • Procentajul compoziției. Numărul de părți (de obicei grame) de solut prezent într-o soluție sută la sută. Simbolul procentual înseamnă „în 100”, deci puteți scrie cu ușurință fracția ca procent.
   publicitate

Metoda 2 din 5: Calculați concentrația în grame pe litru

1. 

   
   
   Aflați cum să aplicați această metodă. Acesta este un mod util de a măsura concentrația atunci când dizolvați un solid într-un lichid și când faceți calcule cu soluții relativ mari, care sunt ușor de măsurat. Dacă cantitatea de dizolvat este de doar câteva miligrame sau solventul este în mililitri, atunci ar trebui să utilizați o altă metodă.
   • Exemplu de problemă: Găsiți concentrația (grame pe litru) a unei soluții preparate din 3 mL de sare de masă la 2000 mL de apă. Scrieți răspunsul în grame / litru.

2. 

   
   
   Convertiți masa solutului în grame. Dacă substanța dizolvată (care este dizolvată în cantitatea mai mare de solvent) a fost cântărită în grame, săriți peste acest pas. Dacă nu, trebuie să convertiți unitățile în grame. Conversia din unități de masă (cum ar fi kilogramele) este simplă dacă ne uităm la ratele de conversie, dar conversia din unități de volum (cum ar fi litrii) este mai complicată. Fiecare substanță are propria densitate, care este valoarea care definește cantitatea de materie conținută într-o unitate de volum. Căutați această densitate și multiplicați-o cu valoarea volumului pentru a obține masa în grame, după ce vă asigurați că unitatea se potrivește.
   • În exemplul de mai sus, sarea este solutul. Sarea se măsoară în unități de volum (mL), deci trebuie să o convertiți în grame.
   • Densitatea sării este de 1,15 g / ml. Dacă problema nu oferă aceste date, ar trebui să le căutați într-un manual sau o bază de date chimică. Trebuie să găsiți densitatea în termeni de unități pe care le utilizați (grame pe litru) sau să o convertiți în unitățile corecte.
   • Pentru a găsi masa de sare prezentă în 3 mL, calculați 3 mL × (/ _{1 ml}) = 3,45 grame de sare.

3. 

   Convertiți datele solventului în litri. Solvenții sunt de obicei măsurați în unități de volum, deci conversia este destul de simplă. Dacă problema este deja solventă în litri, treceți la pasul următor.
   • În exemplul de mai sus, avem 2000 mL de apă, deci trebuie transformată în litri.
   • Fiecare litru are 1000 mL, deci convertiți prin calcul (/ _{1000 ml}) x (2000 mL) = 2 litri de apă.
   • Rețineți că aranjăm conversia unității astfel încât ml să fie distruse (una deasupra, una dedesubt). Dacă scrii ca / _{1 L} x 2000 ml va da un rezultat lipsit de sens.

4. 

   Împărțiți solventul cu soluția dizolvată. Acum, că avem greutatea în grame de substanță dizolvată și volumul în litri de solvent, veți găsi cu ușurință concentrația g / L împărțind:
   • În exemplul de mai sus, / _{2 litri de apă} = 1.725 g / L concentrație de sare.

5. 

   Modificați formula pentru calculul solutului mare. În teorie, ar trebui să calculăm concentrația în funcție de volumul întregii soluții, adică să adăugăm volumul de dizolvat și solvent împreună. Când dizolvați o cantitate mică de solide într-o cantitate mare de lichid, diferența de volum este neglijabilă, astfel încât să puteți ignora volumul dizolvat și să utilizați doar volumul solventului, așa cum sa făcut anterior. Dacă volumul solutului este suficient de mare pentru a modifica semnificativ volumul total, trebuie să schimbați formula în (g solut) / (L solut + L solvent).
   • În exemplul de mai sus, / (_{2 litri de apă} + 0,003 L sare) = 1.722 g / L.
   • Diferența dintre acest rezultat și rezultatul inițial este de doar 0,003 g / L. Aceasta este o abatere foarte mică și aproape mai mică decât precizia instrumentelor de măsurare.
   publicitate

Metoda 3 din 5: Calculați concentrația în procente sau pe milion

1. 

   Aflați cum să aplicați această metodă. Utilizați această metodă dacă problema vă solicită să găsiți „conținut procentual” sau „procentaj masic”. În chimie, în mod normal, sunteți cel mai preocupat de masa unei substanțe. Odată ce cunoașteți masa de dizolvat și solvent, puteți găsi procentul de dizolvat relativ ușor comparând cele două mase.
   • Exemplu de problemă: Se dizolvă 10 g de pulbere de ciocolată în 1,2 litri de apă fierbinte. Mai întâi, calculați procentajul în greutate de ciocolată în soluție. Apoi scrieți rezultatul în părți pe milion.

2. 

   Conversia cifrelor în grame. Dacă există numere date în unități de volum (cum ar fi litri sau mililitri), trebuie să le convertiți în unități de masă în grame. Deoarece fiecare substanță are o greutate specifică (masă în volum), trebuie să-i găsiți specificitatea înainte de a găsi masa:
   • Căutați densitatea substanței într-un manual sau căutați-o online. Convertiți această densitate la gramul de mai sus (unitatea de volum utilizată în problemă) dacă datele găsite nu sunt potrivite. Înmulțiți densitatea cu volumul substanței și veți obține masa în grame.
   • De exemplu: Ai 1,2 litri de apă. Densitatea apei este de 1000 de grame pe litru, deci calculați (/ _{1 L}) x 1,2 L = 1200 g.
   • Deoarece masa de ciocolată a fost dată în grame, nu este nevoie să o schimbați.

3. 

   Calculați procentajul. După ce ai masa dizolvată și masa solventului în grame, folosește această formulă pentru a calcula procentajul: (/ (_{grame de dizolvat + gram de solvent})) x 100.
   • Ai 10 grame de bomboane de ciocolată și ai aflat că apa are 1200 de grame. Întreaga soluție (dizolvat + solvent) are o greutate de 10 + 1200 = 1210 grame.
   • Concentrația de ciocolată în soluție întreagă = / _{(1210 grame de soluție)} = 0,00826
   • Înmulțiți această valoare cu 100 pentru a obține procentul: 0,00826 x 100 = 0,826, deci atât un amestec de ciocolată 0,826%.

4. 

   Calculați ingredientele pe milion. Avem deja „procent”, astfel încât părțile pe milion sunt calculate exact în același mod. Formula este (/ (_{grame de dizolvat + gram de solvent})) x 1.000.000. Această formulă este rescrisă în notația matematică a (/ (_{grame de dizolvat + gram de solvent})) x 10.
   • În exemplul de mai sus, / _{(1210 grame de soluție)} = 0,00826.
   • 0,00826 x 10 = 8260 ppm ciocolată.
   • De obicei, părțile pe milion sunt utilizate pentru a măsura concentrații foarte mici, deoarece este incomod să scrieți în procente. Pentru comoditate, folosim și același exemplu.
   publicitate

Metoda 4 din 5: Calculați concentrația molară

1. 

   Ce trebuie să aveți pentru a aplica această metodă? Pentru a calcula concentrația molară, trebuie să știți câte moli este solutul, dar puteți afla cu ușurință această cifră dacă cunoașteți masa solutului și formula sa chimică. Dacă nu aveți toate aceste informații sau nu ați învățat conceptul de „mol” în chimie, utilizați o altă metodă.
   • Exemplu de problemă: Care este molaritatea unei soluții preparate prin dizolvarea a 25 de grame de hidroxid de potasiu în 400 ml de apă?
   • Dacă masa solutului este dată în alte unități decât grame, convertiți mai întâi în grame.

2. 

   Calculați masa molară a solutului. Fiecare element chimic are o „masă molară” cunoscută, masa unui mol din acel element. Masa molară are aceeași valoare ca masa atomică de pe tabelul periodic al elementelor, de obicei sub simbolul chimic și numele fiecărui element. Pur și simplu adăugați masa molară a elementelor constitutive care alcătuiesc solutul pentru a găsi masa molară a solutului.
   • Exemplul de mai sus folosește hidroxid de potasiu ca soluție. Căutați această substanță într-un manual sau în baza de date cu formule chimice pentru formula chimică a hidroxidului de potasiu: KOH.
   • Utilizați tabelul periodic sau documentația online pentru a găsi masa atomică a elementului: K = 39,0; O = 16,0; H = 1,0.
   • Adăugați masele atomice împreună și scrieți unitatea "g / mol" în spate pentru a obține masa molară. 39 + 16 + 1 = 56 g / mol.
   • Pentru moleculele cu mai mult de un tip de atom, adăugați masa atomică a fiecărui tip de atom. De exemplu, H₂O are o masă molară de 1 + 1 + 16 = 18 g / mol.

3. 

   Calculați numărul de moli de dizolvat. Odată ce ai masa molară (g / mol), poți converti între grame și mol. Știți deja masa solutului în grame, deci o puteți schimba după cum urmează (masa solutului în grame) x (/ _{Masă molară}) pentru a obține un rezultat în alunițe.
   • În exemplul de mai sus, deoarece aveți 25 de grame de substanță cu o masă molară de 56 g / mol, calculați după cum urmează 25g x (/ _{56g / mol}) = aproximativ 0,45 mol KOH în soluție.

4. 

   Împărțiți volumul soluției în litri pentru a găsi concentrația molară. Concentrația molară este definită ca raportul dintre numărul de moli de dizolvat și numărul de litri de soluție. Dacă este necesar, convertiți volumul soluției în litri, apoi efectuați calculul.
   • În acest exemplu, avem 400 mL de apă, deci ar fi 0,4 litri.
   • Concentrația molară de KOH în soluție este / _0,4L = 1.125 M. (Veți obține rezultate mai precise folosind un calculator și nu rotunjiți niciun număr până la pasul final.)
   • De obicei, puteți ignora volumul dizolvat, deoarece acesta nu modifică semnificativ volumul solventului. Dacă dizolvați o cantitate de dizolvat suficient de mare pentru a modifica semnificativ volumul, măsurați volumul soluției finale și utilizați acel parametru.
   publicitate

Metoda 5 din 5: Titrare pentru calcularea concentrației soluției

1. 

   Știți când să titrați. Titrarea este o tehnică utilizată de chimiști pentru a calcula cantitatea de solut prezent într-o soluție. Pentru a efectua o titrare trebuie să creați o reacție chimică între substanța dizolvată și un alt reactant (de obicei dizolvat și într-o soluție lichidă). Deoarece cunoașteți cantitatea exactă a celui de-al doilea reactant și cunoașteți ecuația chimică a reacției dintre acea substanță și substanță dizolvată, puteți calcula cantitatea de substanță dizolvată determinând cantitatea de reactiv care trebuie adăugată mai întâi la soluție. când reacția cu solutul este terminată.
   • Astfel titrarea este o metodă foarte bună de calcul al concentrației unei soluții când nu știți care este cantitatea inițială de solut.
   • Dacă se cunoaște masa solutului în soluție, nu este necesară o titrare - pur și simplu determinați volumul soluției și calculați concentrația așa cum se arată în partea întâi.

2. 

   Pregătiți instrumentul de titrare. Pentru a titra cu precizie trebuie să aveți instrumente chimice curate, precise și profesionale. În poziția de titrare, așezați balonul Erlen sub tubul de buretă montat pe clemă. Vârful tubului de buretă trebuie să stea în gâtul balonului fără a atinge peretele balonului.
   • Asigurați-vă că toate echipamentele au fost curățate anterior, clătiți cu apă deionizată și lăsați să se usuce.

3. 

   Se toarnă soluția în baloane și tuburi. Măsurați cu precizie o cantitate mică de soluție de concentrație necunoscută. Odată dizolvat dizolvatul, acesta este dispersat uniform în toată soluția, astfel încât concentrația acestei mici soluții de probă va fi aceeași cu soluția originală. Umpleți tubul de buretă cu o concentrație cunoscută de soluție care va reacționa cu soluția dvs. Înregistrați volumul exact al soluției în tubul de buretă - veți scădea volumul final pentru a găsi volumul total utilizat în această reacție.
   • Notă: Dacă reacția dintre soluția din tubul de buretă și soluția din balonul de concentrație necunoscută nu prezintă semne evidente de reacție, trebuie să adăugați indicator în borcan. În chimie, un indicator este un produs chimic care schimbă culoarea soluției atunci când reacția atinge un punct echivalent sau final. Indicatorii utilizați pentru titrare sunt de obicei acizi și produc reacții redox, dar există și multe alte tipuri de indicatori. Consultați un manual de chimie sau online pentru a găsi indicatorul potrivit pentru reacție.

4. 

   Porniți titrarea. Adăugați încet soluția din tubul de buretă (numită „soluție de titrare”) în balon. Utilizați un agitator magnetic sau o tijă de sticlă pentru a amesteca soluția în timpul reacției. Dacă reacția din soluție este vizibilă, veți vedea semne precum schimbarea culorii, bule, crearea unui nou produs etc. Dacă utilizați un indicator, veți vedea colorarea atunci când aruncați soluția din tubul buretei în balon.
   • Dacă reacția are ca rezultat o schimbare a pH-ului sau potențialului, puteți înmuia o hârtie sau un potențiometru pH în balon pentru a monitoriza reacția.
   • Pentru o titrare mai precisă, trebuie să monitorizați pH-ul și potențialul, după cum sa menționat, înregistrând citirile după adăugarea titrantului în trepte mici fixe. Se trasează pH-ul sau potențialul cu volumul de titrant adăugat. Veți vedea că panta graficului se schimbă foarte repede la punctul de echivalență al reacției.

5. 

   Reduceți viteza de titrare. Pe măsură ce reacția se apropie de punctul final, reduceți de fiecare dată rata de titrare picătură cu picătură. Dacă utilizați un indicator, razele colorate pot apărea mai mult. Procedați cât mai lent posibil până când ultima picătură face ca reacția să înceteze exact acolo. În ceea ce privește indicatorul, va trebui să observați prima schimbare de culoare de durată în reacție.
   • Înregistrați volumul final în tubul buretei. Scăzând acest lucru din volumul soluției inițiale din tubul de buretă, puteți găsi volumul exact al soluției de titrare utilizate.

6. 

   Calculați masa solutului din soluție. Utilizați ecuația chimică pentru reacția dintre titrant și soluție pentru a găsi numărul de moli de solut în balon. După ce ați găsit numărul de moli de substanță dizolvată, împărțiți la volumul soluției din balon pentru a găsi concentrația molară a soluției sau convertiți numărul de moli în grame și împărțiți la volumul soluției pentru a găsi concentrația în g / L. . Acest lucru necesită cunoștințe de bază despre chimia cuantică.
   • De exemplu, să presupunem că folosim 25 ml de NaOH 0,5M pentru a titra soluția de HCI și apa la punctul echivalent. Soluția de HCI are un volum de 60 ml înainte de titrare. Câți moli de HCl sunt în soluție?
   • În primul rând, să vedem ecuația chimică pentru reacția dintre NaOH și HCl: NaOH + HCI> H₂O + NaCI.
   • În acest caz, un mol de NaOH reacționează cu un mol de HCI pentru a produce produsul (apă și NaCl). Deoarece adăugați doar suficient NaOH pentru a neutraliza tot HCl, numărul de moli de NaOH utilizat în reacție va fi egal cu numărul de moli de HCl din balon.
   • Găsiți masa NaOH în moli. 25 mL NaOH = 0,025 L NaOH x (0,5 mol NaOH / 1 L) = 0,0125 mol NaOH.
   • Întrucât am dedus din ecuația reacției că numărul de moli de NaOH utilizat = numărul de moli de HCl în soluție, putem concluziona că există 0,0125 moli de HCl în soluție.

7. 

   Calculați concentrația soluției. Acum că știm masa solutului în soluție, găsirea concentrației molare va fi ușoară. Împărțiți numărul de moli de substanță dizolvată în soluție la volumul soluției de testat (nu sunt volum de soluție din care luați probe). Rezultatul este concentrația molară a soluției!
   • Pentru a găsi concentrația molară pentru exemplul de mai sus, pur și simplu împărțiți numărul de moli de HCI la volumul soluției din balon. 0,0125 mol HCI x (1 / 0,060 L) = 0,208 M HCI.
   • Pentru a converti molaritatea în g / L, ppm sau un procent, trebuie să convertiți numărul molar al solutului în masă (utilizați masa molară a amestecului de solut). Pentru ppm și procente, trebuie să convertiți volumul soluției în masă (utilizați un factor de conversie precum densitatea sau pur și simplu cântăriți), apoi înmulțiți cu 10 sau respectiv 10. cu ppm și procente.
   publicitate

Sfat

• Deși substanțele dizolvate și solvenții pot exista sub diferite forme de materie (solid, lichid, gazos) atunci când sunt separate, soluția formată după dizolvarea substanței dizolvate în solvent va avea aceeași formă fizică. Solvent.
• Utilizați numai articole din plastic sau sticlă la titrare.

Avertizare

• Purtați ochelari și mănuși în timpul titrării.
• Aveți grijă atunci când lucrați cu acizi puternici. Testați într-o hotă de fum când este toxic sau în aer liber.