KEMISK KONCENTRATION: UTTRYCK, ENHETER, MOLALITET - KEMI - 2026

Den kemiska koncentrationen är det numeriska måttet på den relativa mängden lösta ämnen i en lösning. Denna mätning uttrycker ett förhållande mellan det lösta ämnet och en mängd eller volym av lösningsmedlet eller lösningen i koncentrationsenheter. Uttrycket "koncentration" är relaterat till mängden närvarande löst ämne: en lösning kommer att vara mer koncentrerad desto mer lösta ämne den har.

Dessa enheter kan vara fysiska när massan och / eller volymstorleken hos lösningen eller kemiska komponenter beaktas, när koncentrationen av det lösta ämnet uttrycks i termer av dess mol eller ekvivalenter, med Avogadros nummer som referens.

Av Leiem, från Wikimedia Commons

Genom användning av molekyl- eller atomvikter och Avogadros antal är det således möjligt att omvandla fysikaliska enheter till kemiska enheter när man uttrycker koncentrationen av en given lösning. Därför kan alla enheter konverteras för samma lösning.

Utspädda och koncentrerade lösningar

Hur kan du se om en koncentration är mycket utspädd eller koncentrerad? Vid första anblicken genom manifestationen av någon av dess organoleptiska eller kemiska egenskaper; det vill säga de som sinnena uppfattar eller som kan mätas.

De övre bilden visar en utspädning av en koncentration av kaliumbikromat (K ₂ Cr ₂ O ₇ ), som uppvisar en orange färg. Från vänster till höger kan du se hur färgen minskar i intensitet när koncentrationen späds ut och lägger till mer lösningsmedel.

Denna utspädning gör det möjligt att på detta sätt erhålla en utspädd koncentration från en koncentrerad. Färgen (och andra "dolda" egenskaper i sin orange kärna) förändras på samma sätt som koncentrationen gör, antingen med fysiska eller kemiska enheter.

Men vilka är de kemiska koncentrationsenheterna? Bland dem är molariteten eller molkoncentrationen för en lösning, som relaterar molens lösta ämnen till den totala volymen av lösningen i liter.

Det finns också molalitet eller även kallad molalkoncentration, som avser molekyler med lösta ämnen men som finns i en standardiserad mängd av lösningsmedlet eller lösningsmedlet som är exakt ett kilogram.

Detta lösningsmedel kan vara rent eller om lösningen innehåller mer än ett lösningsmedel kommer molaliteten att vara mol löst per kilogram av lösningsmedelsblandningen.

Och den tredje enheten för kemisk koncentration är normaliteten eller den normala koncentrationen av en lösning som uttrycker antalet kemiska ekvivalenter av det lösta ämnet per liter av lösningen.

Enheten där normalitet uttrycks är i ekvivalenter per liter (ekv / l) och inom medicinen uttrycks koncentrationen av elektrolyter i humant serum i milliekvivalenter per liter (mEq / l).

Sätt att uttrycka koncentration

Koncentrationen av en lösning kan betecknas på tre huvudsakliga sätt, även om de har en stor variation av termer och enheter i sig, som kan användas för att uttrycka måttet på detta värde: kvalitativ beskrivning, kvantitativ notation och klassificering i termer löslighet.

Beroende på språk och sammanhang där du arbetar kommer ett av tre sätt att väljas för att uttrycka koncentrationen av en blandning.

Kvalitativ beskrivning

Den kvalitativa beskrivningen av koncentrationen av en blandning används huvudsakligen på informellt och icke-tekniskt språk i form av adjektiv, som på ett generaliserat sätt anger koncentrationsnivån som en lösning har.

Således är minimikoncentrationen enligt den kvalitativa beskrivningen den för en "utspädd" lösning, och den maximala är "koncentrerad".

Vi talar om utspädda lösningar när en lösning har en mycket låg andel lösta ämnen som en funktion av lösningens totala volym. Om du vill späda ut en lösning, tillsätt mer lösningsmedel eller hitta ett sätt att minska lösta ämnet.

Nu talar vi om koncentrerade lösningar när de har en hög andel lösta ämnen som en funktion av den totala volymen av lösningen. För att koncentrera en lösning, tillsätt mer löst ämne eller minska mängden lösningsmedel.

I denna mening kallas denna klassificering kvalitativ beskrivning, inte bara för att den saknar matematiska mätningar utan också på grund av dess empiriska kvalitet (den kan hänföras till visuella egenskaper, dofter och smak, utan att det behövs vetenskapliga tester).

Klassificering efter löslighet

Lösligheten för en koncentration anger den maximala lösta kapaciteten som en lösning har, beroende på förhållanden såsom temperatur, tryck och de ämnen som är upplösta eller i suspension.

Lösningar kan klassificeras i tre typer beroende på deras nivå av upplöst lösta ämne vid mätningstillfället: omättade, mättade och övermättade lösningar.

- Omättade lösningar är de som innehåller en mindre mängd lösta ämnen än lösningen kan lösa. I detta fall har lösningen inte nått sin maximala koncentration.

Mättade lösningar är de i vilka den maximala mängden löst ämne har lösts i lösningsmedlet vid en specifik temperatur. I detta fall finns det en jämvikt mellan båda substanserna och lösningen kan inte acceptera mer löst ämne (eftersom det kommer att fälla ut).

- De övermättade lösningarna har mer löst material än vad lösningen skulle acceptera under jämviktsförhållanden. Detta åstadkommes genom att värma en mättad lösning, tillsätta mer löst ämne än normalt. När det är kallt kommer det inte att fälla ut det lösta ämnet automatiskt, men alla störningar kan orsaka denna effekt på grund av dess instabilitet.

Kvantitativ notation

När man studerar en lösning som ska användas inom det tekniska eller vetenskapliga området krävs en precision uppmätt och uttryckt i enheter som beskriver koncentrationen enligt dess exakta värden för massa och / eller volym.

Det är därför det finns en serie enheter som används för att uttrycka koncentrationen av en lösning i dess kvantitativa notation, som är indelad i fysiska och kemiska, och som i sin tur har sina egna underavdelningar.

Enheterna för fysiska koncentrationer är de med "relativ koncentration", som uttrycks i procent. Det finns tre sätt att uttrycka procentkoncentrationer: massprocent, volymprocent och massvolymprocent.

Istället är enheter med kemiska koncentrationer baserade på molma mängder, gramekvivalenter, delar per miljon och andra egenskaper hos det lösta ämnet i förhållande till lösningen.

Dessa enheter är de vanligaste på grund av deras höga precision vid mätning av koncentrationer, och därför är de vanligtvis de som du vill veta när du arbetar med kemiska lösningar.

Koncentrationsenheter

Som beskrivits i de föregående avsnitten, när man kvantitativt karakteriserar koncentrationen av en lösning, bör beräkningarna styras av de befintliga enheterna för detta ändamål.

På samma sätt är koncentrationsenheterna uppdelade i de med relativ koncentration, de för utspädda koncentrationer, de baserade på mol och ytterligare sådana.

Relativa koncentrationsenheter

Relativa koncentrationer är de som uttrycks i procenttal, enligt namnet i föregående avsnitt. Dessa enheter är indelade i mass-massprocent, volym-volymprocent och massvolymprocent och beräknas enligt följande:

-% massa = massa av löst ämne (g) / massa av den totala lösningen (g) x 100

- Volym% = volym löst (ml) / volym total lösning (ml) x 100

-% massa / volym = massa av löst ämne (g) / volym av total lösning (ml) x 100

I detta fall, för att beräkna massan eller volymen för den totala lösningen, måste massan eller volymen av det lösta ämnet tillsättas med det för lösningsmedlet.

Enheter med utspädd koncentration

Enheterna för utspädd koncentration är de som används för att uttrycka de mycket små koncentrationer som är i form av spår i en utspädd lösning; den vanligaste användningen för dessa enheter är att hitta spår av en gas löst i en annan, till exempel medel som förorenar luften.

Dessa enheter listas i form av delar per miljon (ppm), delar per miljard (ppb) och delar per biljon (ppt) och uttrycks enligt följande:

- ppm = 1 mg lösning / 1 L lösning

- ppb = 1 μg lösning / 1 L-lösning

- ppt = 1 ng lösning / 1 L lösning

I dessa uttryck är mg lika med milligram (0,001 g), μg är lika med mikrogram (0,000001 g) och ng är lika med nanogram (0,000000001 g). Dessa enheter kan också uttryckas i termer av volym / volym.

Koncentrationsenheter som en funktion av mol

Koncentrationsenheterna baserade på mol är de för molfraktionen, molprocent, molaritet och molalitet (de två senare beskrivs bättre i slutet av artikeln).

Molfraktionen av ett ämne är fraktionen av alla dess beståndsdelande molekyler (eller atomer) som en funktion av de totala molekylerna eller atomerna. Det beräknas enligt följande:

X _A = antal mol ämne A / totalt antal mol i lösning

Denna procedur upprepas för de andra substanserna i lösningen med hänsyn till att summan av X _A + X _B + X _C … måste vara lika med en.

Mullprocenten bearbetas på liknande sätt som X _A , endast i termer av procent:

Molprocent A = X _A x 100%

Det sista avsnittet kommer att diskutera molaritet och molalitet i detalj.

Formalitet och normalitet

Slutligen finns det två koncentrationsenheter som för närvarande inte används: formalitet och normalitet.

Formaliteten hos en lösning representerar antalet viktformel-gram per liter total lösning. Det uttrycks som:

F = Nej. PFG / L-lösning

I detta uttryck är PFG lika med vikten för varje atom i ämnet, uttryckt i gram.

Istället representerar normalitet antalet lösta ekvivalenter dividerat med liter lösning, uttryckt nedan:

N = ekvivalent gram lösning / L-lösning

I nämnda uttryck kan ekvivalenta gram lösta ämnen beräknas med antalet mol H ⁺ , OH ^- eller andra metoder, beroende på typen av molekyl.

molaritet

Molariteten eller molkoncentrationen för ett löst ämne är den enhet för kemisk koncentration som uttrycker eller relaterar molen av det lösta ämnet (n) som finns i en (1) liter (L) av lösningen.

Molaritet betecknas med versalerna M och för att bestämma molen i det lösta ämnet (n) delas gram av det lösta ämnet (g) med molekylvikten (MW) för det lösta ämnet.

Likaså erhålles molekylvikten MW för det lösta ämnet från summan av atomvikterna (PA) eller atommassan för de kemiska elementen, med tanke på andelen i vilken de kombineras för att bilda det lösta ämnet. Således har olika lösta ämnen sin egen PM (även om detta inte alltid är fallet).

Dessa definitioner sammanfattas i följande formler som används för att utföra motsvarande beräkningar:

Molaritet: M = n (mol löst ämne) / V (liter lösning)

Antal mol: n = g löst / MW löst

Övning 1

Beräkna molariteten för en lösning som framställs med 45 g Ca (OH) ₂ löst i 250 ml vatten.

Det första man beräknar är molekylvikten på Ca (OH) ₂ (kalciumhydroxid). Enligt dess kemiska formel består föreningen av en kalciumkation och två hydroxylanjoner. Här är vikten av en elektron mindre eller mer än arten försumbar, så atomvikterna tas:

Källa: Gabriel Bolívar

Antalet mol födda ämnen kommer då att vara:

n = 45 g / (74 g / mol)

n = 0,61 mol Ca (OH) ₂

0,61 mol av det lösta ämnet erhålls men det är viktigt att komma ihåg att dessa mol ligger löst i 250 ml lösning. Eftersom definitionen av molaritet är mol i en liter eller 1000 ml, måste en enkel regel om tre göras för att beräkna de mol som finns i 1000 ml av nämnda lösning.

Om det i 250 ml lösning finns => 0,61 mol löst ämne

I 1000 ml lösning => x Hur många mol finns det?

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

X = 2,44 M (mol / L)

En annan väg

Det andra sättet att få mol att använda formeln kräver att 250 ml tas till liter, tillämpar också en regel om tre:

Om 1000 ml => är 1 liter

250 ml => x Hur många liter är de?

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

x = 0,25 L

Att ersätta sedan i Molaritetsformeln:

M = (0,61 mol lösningsmedel) / (0,25 1 lösning)

M = 2,44 mol / L

Övning 2

Vad betyder det att en HCl-lösning är 2,5 M?

HCl-lösningen är 2,5 molar, det vill säga en liter av den har löst 2,5 mol saltsyra.

Vanligt

Normaliteten eller motsvarande koncentrationen är den kemiska koncentrationsenheten för lösningarna som har betecknats med versal N. Denna koncentrationsenhet indikerar reaktiviteten för det lösta ämnet och är lika med antalet ekvivalenter lösta ämnen (ekv) dividerat med volymen av lösningen uttryckt i liter.

N = ekv. / L

Antalet ekvivalenter (ekv.) Är lika med gram lösta ämnen dividerat med ekvivalentvikten (PEq).

Ekv = g löst / PEq

Ekvivalentvikten, eller även känd som gramekvivalent, beräknas genom att erhålla molekylvikten för det lösta ämnet och dela det med en ekvivalent faktor som för sammanfattningen i ekvationen kallas delta zeta (ΔZ).

PEq = PM / ΔZ

Beräkning

Beräkningen av normalitet kommer att ha en mycket specifik variation i ekvivalentfaktorn eller ΔZ, vilket också beror på vilken typ av kemisk reaktion som den lösta eller reaktiva arten deltar i. Vissa fall av denna variation kan nämnas nedan:

-När det är en syra eller en bas, kommer ΔZ eller motsvarande faktor att vara lika med antalet vätejoner (H ⁺ ) eller hydroxyl OH ^- som det lösta ämnet har. Till exempel, svavelsyra (H ₂ SO ₄ ) har två ekvivalenter eftersom det har två sura protoner.

-När det gäller oxidationsreduktionsreaktioner kommer ΔZ att motsvara antalet elektroner som är involverade i oxidations- eller reduktionsprocessen, beroende på det specifika fallet. Här spelas balansering av kemiska ekvationer och specifikationen av reaktionen.

-Också denna ekvivalent faktor eller ΔZ kommer att motsvara antalet joner som fälls ut i reaktioner klassificerade som nederbörd.

Övning 1

Bestämma normalitet 185 g Na ₂ SO ₄ finns i 1,3 L av lösning.

Molekylvikten för det lösta ämnet i denna lösning kommer först att beräknas:

Källa: Gabriel Bolívar

Det andra steget är att beräkna ekvivalentfaktorn eller ΔZ. I detta fall, eftersom natriumsulfat är ett salt, kommer valensen eller laddningen av katjonen eller metallen Na ^{+ att beaktas} , som kommer att multipliceras med 2, vilket är underskriften för den kemiska formeln för saltet eller det lösta ämnet:

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

∆Z = 1 x 2

För att erhålla ekvivalentvikten är den substituerad i sin respektive ekvation:

PEq = (142,039 g / mol) / (2 ekv. / Mol)

PEq = 71,02 g / ekv

Och sedan kan du fortsätta med att beräkna antalet ekvivalenter och återigen använda en annan enkel beräkning:

Ekv = = 185 g / 71,0 g / ekv.

Antal ekvivalenter = 2,605 ekv

Slutligen, med alla nödvändiga data, beräknas nu normaliteten genom att ersätta enligt sin definition:

N = 2,605 ekv. / 1,3 1

N = 2,0 N

molality

Molalitet betecknas med små bokstäver m och är lika med de mol lösta ämnena som finns i ett (1) kg lösningsmedel. Det är också känt som molalkoncentration och beräknas med följande formel:

m = mol löst / kg lösningsmedel

Medan Molaritet fastställer förhållandet mellan de mol fasta ämnena som finns i en (1) liter av lösningen, relaterar molaliteten till de mol lösta ämnena som finns i ett (1) kg lösningsmedel.

I de fall då lösningen framställs med mer än ett lösningsmedel kommer molaliteten att uttrycka samma mol löst ämne per kilogram av lösningsmedelsblandningen.

Övning 1

Bestämma molaliteten av en lösning som framställdes genom blandning av 150 g sackaros (C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ ) med 300 g vatten.

Molekylvikten för sackaros bestäms först för att fortsätta för att beräkna molen av löst ämne i denna lösning:

Källa: Gabriel Bolívar

Antalet mol sackaros beräknas:

n = (150 g sackaros) / (342,109 g / mol)

n = 0,438 mol sackaros

Gram lösningsmedel omvandlas sedan till kilogram för att tillämpa den slutliga formeln.

Ersätter då:

m = 0,438 mol sackaros / 0,3 kg vatten

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

Även om det för närvarande är en debatt om det slutliga uttrycket för molalitet, kan detta resultat också uttryckas som:

1,26 m C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ eller 1,26 molal

Det anses fördelaktigt vid vissa tillfällen att uttrycka koncentrationen av lösningen i termer av molalitet, eftersom massorna av det lösta ämnet och lösningsmedlet inte utsätts för svaga fluktuationer eller felaktiga förändringar på grund av effekterna av temperatur eller tryck; som det händer i lösningar med gasformigt lösta ämne.

Vidare påpekas att denna koncentrationsenhet hänvisad till en specifik lösning är oförändrad genom att det finns andra lösta ämnen i lösningen.

Rekommendationer och viktiga anmärkningar om kemisk koncentration

Lösningens volym är alltid större än lösningsmedlets volym

När lösningsövningarna löses uppstår felet med att tolka volymen för en lösning som om den var lösningsmedlets. Om till exempel ett gram pulveriserad choklad löses i en liter vatten är volymen av lösningen inte lika stor som volymen för en liter vatten.

Varför inte? Eftersom det lösta ämnet alltid kommer att uppta utrymme mellan lösningsmedelmolekylerna. När lösningsmedlet har en hög affinitet för det lösta ämnet, kan förändringen i volym efter upplösning vara försumbar eller försumbar.

Men om inte, och ännu mer om mängden löst ämne är stort, måste volymförändringen beaktas. Att vara så här: Vsolvent + Vsolute = Vsolution. Endast i utspädda lösningar eller där mängden löst ämne är små är giltigt Vsolvent = Vsolution.

Detta fel bör ha i åtanke särskilt när man arbetar med flytande lösta ämnen. Till exempel, om istället för att lösa pulveriserad choklad, honung upplöses i alkohol, kommer volymen honung som tillsätts att ha en märkbar effekt på lösningens totala volym.

Därför måste i dessa fall volymen av det lösta ämnet sättas till volymen för lösningsmedlet.

Nyttan av molaritet

- Att erkänna molariteten hos en koncentrerad lösning gör det möjligt att göra utspädningsberäkningar med den enkla formeln M1V1 = M2V2, där M1 motsvarar den ursprungliga molariteten i lösningen och M2 Molariteten för lösningen som ska framställas från lösningen. med M1.

-Ikänna en lösnings molaritet kan dess normalitet enkelt beräknas med följande formel: Normalitet = antal ekvivalent x M

Formlerna lagras inte men enheterna eller definitionerna är

Men ibland misslyckas minnet när man försöker komma ihåg alla ekvationer som är relevanta för koncentrationsberäkningar. För detta är det mycket användbart att ha en mycket tydlig definition av varje koncept.

Från definitionen skrivs enheterna med konverteringsfaktorerna för att uttrycka de som motsvarar vad som ska bestämmas.

Till exempel, om du har molalitet och vill konvertera den till normalt, fortsätt enligt följande:

(mol / kg lösningsmedel) x (kg / 1000 g) (g lösningsmedel / ml) (ml lösningsmedel / ml lösning) (1000 ml / l) (ekv / mol)

Observera att (g lösningsmedel / ml) är densiteten för lösningsmedlet. Termen (ml lösningsmedel / ml lösning) avser hur mycket volym av lösningen som faktiskt motsvarar lösningsmedlet. I många övningar är den sista termen lika med 1 av praktiska skäl, även om det aldrig är helt sant.

referenser

1. Introduktionskemi - 1: ^a kanadensiska utgåvan. Kvantitativa enheter för koncentration. Kapitel 11 Lösningar. Hämtad från: opentextbc.ca
2. Wikipedia. (2018). Ekvivalent koncentration. Hämtad från: en.wikipedia.org
3. PharmaFactz. (2018). Vad är molaritet? Hämtad från: pharmafactz.com
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemi. (8: e upplagan). CENGAGE Learning, s 101-103, 512, 513.
5. Vattenlösningar-molaritet. Hämtad från: chem.ucla.edu
6. Quimicas.net (2018). Exempel på normalitet. Återställd från: quimicas.net.