Zawartość

• Do kroku
• Część 1 z 3: Podstawowa wiedza o stężeniach
• Część 2 z 3: Miareczkowanie
• Część 3 z 3: Określanie zasolenia w akwarium
• Porady
• Ostrzeżenia

W chemii lub chemii, jeden rozwiązanie jednorodna mieszanina dwóch rzeczy - jednej rozpuszczona substancja i a rozpuszczalnik lub rozpuszczalnik w którym substancja jest rozpuszczona. Stężenie jest miarą ilości substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku. Może być wiele powodów, dla których należy określić stężenie roztworu, ale wymagana chemia jest taka sama, niezależnie od tego, czy badasz poziom chloru w basenie, czy wykonujesz analizę próbki krwi, która ratuje życie. Ten przewodnik nauczy Cię podstawowych elementów chemii roztworów, a następnie przeprowadzi Cię przez procedurę powszechnego, praktycznego zastosowania - konserwację akwarium.

Do kroku

Część 1 z 3: Podstawowa wiedza o stężeniach

1. Metoda notacji stężeń. Stężenie substancji to ilość tej substancji rozpuszczonej podzielona przez ilość rozpuszczalnika. Ponieważ jednak istnieją różne sposoby wyrażania ilości danej substancji, możliwe jest również przedstawienie stężenia na różne sposoby. Tutaj znajdziesz najpopularniejsze pisownie:
   • Gram na litr (g / l) Masa substancji rozpuszczonej w gramach rozpuszczonej w danej objętości roztworu (która niekoniecznie jest taka sama jak objętość rozpuszczalnika). Zwykle stosowana do roztworów ciał stałych w ciekłych rozpuszczalnikach.
   • Molarność (M.) Liczba moli substancji rozpuszczonej podzielona przez objętość roztworu.
   • Części na milion (ppm.) Stosunek liczby cząstek (zwykle w gramach) substancji rozpuszczonej na milion cząstek roztworu pomnożony przez 10. Zwykle stosowany do bardzo rozcieńczonych roztworów wodnych (1 l wody = 1000 gramów).
   • Procent substancji złożonej. Stosunek cząstek (ponownie w gramach) substancji rozpuszczonej na 100 cząstek roztworu, wyrażony w procentach.
2. Dowiedz się, jakich danych potrzebujesz, aby znaleźć stężenie. Z wyjątkiem molarności (patrz poniżej), powszechne sposoby zapisywania stężenia, jak wskazano powyżej, wymagają znajomości masy substancji rozpuszczonej oraz masy lub objętości powstałego roztworu. Wiele problemów chemicznych, które wymagają ustalenia stężenia roztworu, nie daje takich informacji. Jeśli tak, będziesz musiał popracować nad tym, co wiesz, aby uzyskać te informacje.
   • Przykład: Załóżmy, że musimy znaleźć stężenie (w gramach na litr) roztworu otrzymanego przez rozpuszczenie 1/2 łyżeczki soli w 2 litrach wody. Wiemy też, że 1 łyżeczka soli to około 6 gramów. W tym przypadku konwersja jest łatwa - pomnóż: 1/2 łyżeczki x (6 gramów / 1 łyżeczka) = 3 gramy soli. 3 gramy soli podzielone przez 2 litry lub woda = 1,5 g / l
3. Dowiedz się, jak obliczyć molarność. Molarność wymaga znajomości liczby moli substancji rozpuszczonej, ale można to łatwo wywnioskować, znając masę substancji rozpuszczonej i jej wzór chemiczny. Każdy pierwiastek chemiczny ma znaną „masę molową” (MM) - określoną masę na jeden mol tego pierwiastka. Te masy molowe znajdują się w układzie okresowym (zwykle pod symbolem chemicznym i nazwą pierwiastka). Po prostu dodaj masy molowe składników substancji rozpuszczonej, aby uzyskać masę molową. Następnie pomnóż znaną masę substancji rozpuszczonej przez (1 / MM substancji rozpuszczonej), aby znaleźć jej ilość w molach.
   • Przykład: Załóżmy, że chcemy znaleźć molarność powyższego roztworu soli. Podsumowując, mamy 3 gramy soli (NaCl) w 2 litrach wody. Zacznij od ustalenia, jakie są masy molowe Na i Cl, patrząc na układ okresowy. Na = około 23 g / mol i Cl = około 35,5 g / mol. Zatem MM NaCl = 23 + 35,5 = 58,5 g / mol. 3 gramy NaCl x (1 mol NaCl / 58,5 g NaCl) = 0,051 mola NaCl. 0,051 mola NaCl / 2 litry wody = 0,026 M NaCl
4. Przećwicz standardowe ćwiczenia z obliczania stężeń. Powyższa wiedza to wszystko, czego potrzebujesz, aby obliczyć stężenia w prostych sytuacjach. Jeśli znasz masę lub objętość roztworu oraz ilość dodanej substancji rozpuszczonej w zasadzie lub możesz to wywnioskować z informacji podanych w oświadczeniu, powinieneś być w stanie z łatwością zmierzyć stężenie roztworu. Ćwicz problemy, aby poprawić swoje umiejętności. Zobacz przykładowe ćwiczenia poniżej:
   • Jaka jest molarność NaCL w 400 ml roztworu otrzymanego przez dodanie 1,5 grama NaCl do wody?
   • Jakie jest stężenie (w ppm) roztworu otrzymanego przez dodanie 0,001 g ołowiu (Pb) do 150 l wody? (1 l wody = 1000 gramów) W takim przypadku objętość roztworu wzrośnie o niewielką ilość po dodaniu substancji, więc można użyć objętości rozpuszczalnika jako objętości roztworu.
   • Znajdź stężenie w gramach na litr 0,1 L roztworu przygotowanego przez dodanie 1/2 mola KCl do wody. W przypadku tego problemu należy pracować od przodu do tyłu, używając masy molowej KCL, aby obliczyć liczbę gramów KCl w substancji rozpuszczonej.

Część 2 z 3: Miareczkowanie

1. Dowiedz się, kiedy zastosować miareczkowanie. Miareczkowanie to technika stosowana przez chemików do obliczania ilości substancji rozpuszczonej obecnej w roztworze. Aby wykonać miareczkowanie, tworzysz reakcję chemiczną między substancją rozpuszczoną a innym odczynnikiem (zwykle również rozpuszczonym). Ponieważ znasz dokładną ilość drugiego odczynnika i znasz równanie chemiczne reakcji między odczynnikiem a substancją rozpuszczoną, możesz obliczyć ilość substancji rozpuszczonej, mierząc, ile odczynnika potrzebujesz do reakcji z substancją rozpuszczoną. kompletny.
   • Tak więc miareczkowanie może być bardzo przydatne przy obliczaniu stężenia roztworu jeśli nie wiesz, ile substancji rozpuszczonej zostało początkowo dodane.
   • Jeśli wiesz, ile substancji rozpuszczonej znajduje się w roztworze, nie ma potrzeby miareczkowania - wystarczy zmierzyć objętość roztworu i obliczyć stężenie, jak opisano w części 1.
2. Skonfiguruj swój sprzęt do miareczkowania. Aby wykonać dokładne miareczkowanie, potrzebujesz czystego, dokładnego i profesjonalnego sprzętu. Użyć kolby Erlenmeyera lub zlewki pod skalibrowaną biuretą przymocowaną do uchwytu biurety. Dysza biurety powinna znajdować się w szyjce kolby lub zlewki bez dotykania ścian.
   • Upewnij się, że cały sprzęt został wcześniej wyczyszczony, wypłukany wodą dejonizowaną i wysuszony.
3. Napełnij kolbę i biuretę. Dokładnie odmierz niewielką ilość nieznanego roztworu. Po rozpuszczeniu substancja rozprowadza się równomiernie w rozpuszczalniku, więc stężenie tej małej próbki roztworu będzie takie samo, jak w oryginalnym roztworze. Napełnij biuretę roztworem o znanym stężeniu, który będzie reagował z roztworem. Zanotuj dokładną objętość roztworu w biurecie - odejmij końcową objętość, aby znaleźć całkowity roztwór użyty w reakcji.
   • Zwróć uwagę: jeśli reakcja między roztworem w biurecie a substancją rozpuszczoną w kolbie nie wykazuje oznak reakcji, wskaźnik w kolbie. Są one używane w chemii, aby zapewnić wizualny sygnał, gdy roztwór osiągnie punkt równoważności lub punkt końcowy. Wskaźniki są zwykle używane do miareczkowania badającego reakcje kwasowo-zasadowe i redoks, ale istnieje również kilka innych wskaźników. Zajrzyj do podręcznika chemii lub poszukaj w Internecie odpowiedniego wskaźnika swojej reakcji.
4. Rozpocznij miareczkowanie. Powoli dodaj roztwór z biurety („titrant”) do kolby. Użyj mieszadła magnetycznego lub szklanego mieszadła, aby delikatnie wymieszać roztwór w trakcie reakcji. Jeśli twój roztwór reaguje w sposób widoczny, powinieneś zobaczyć pewne oznaki, że zachodzi reakcja - zmiana koloru, pęcherzyki, pozostałości itp. Jeśli używasz wskaźnika, możesz zobaczyć każdą kroplę przechodzącą przez biuretę do odpowiedniej kolby. zmiana koloru.
   • Jeśli reakcja powoduje zmianę wartości lub potencjału pH, do kolby można dodać czytniki pH lub potencjometr, aby ocenić postęp reakcji chemicznej.
   • Aby uzyskać dokładniejsze miareczkowanie, należy monitorować pH lub potencjał jak powyżej i za każdym razem odnotowywać przebieg reakcji po dodaniu niewielkiej ilości titranta. Wykreślić kwasowość roztworu lub potencjał w funkcji objętości dodanego titranta. Zauważysz ostre zmiany nachylenia krzywej w punktach równoważności odpowiedzi.
5. Zwolnij swoje miareczkowanie. Gdy twoja reakcja chemiczna zbliża się do punktu końcowego, zwolnij miareczkowanie do progresji kroplowej. Jeśli używasz wskaźnika, możesz zauważyć, że miganie koloru trwa dłużej. Teraz kontynuuj miareczkowanie tak wolno, jak to możliwe, aż będziesz mógł określić dokładny spadek, który spowoduje, że Twoja reakcja osiągnie punkt końcowy. W przypadku wskaźnika zazwyczaj patrzy się na najwcześniejszą możliwą trwałą zmianę koloru w odpowiedzi.
   • Zapisz końcową objętość w biurecie. Odejmując to od objętości początkowej biurety, można znaleźć dokładną objętość użytego titranta.
6. Oblicz ilość substancji rozpuszczonej w swoim roztworze. Użyj równania chemicznego dla reakcji między titrantem a roztworem, aby znaleźć liczbę moli substancji rozpuszczonej w kolbie. Po znalezieniu liczby moli substancji rozpuszczonej można po prostu podzielić ją przez objętość roztworu w kolbie, aby znaleźć molarność roztworu lub przeliczyć liczbę moli na gramy i podzielić przez objętość roztworu. Roztwór. Roztwór. , aby uzyskać stężenie wg / l. Wymaga to trochę podstawowej wiedzy o stechiometrii.
   • Na przykład załóżmy, że użyliśmy 25 ml 0,5 M NaOH do miareczkowania roztworu HCl w wodzie do punktu równoważnikowego. Do miareczkowania roztwór HCl miał objętość 60 ml. Ile moli HCl znajduje się w naszym roztworze?
   • Na początek przyjrzyjmy się równaniu chemicznemu reakcji NaOH i HCl: NaOH + HCl> H.₂O + NaCl
   • W tym przypadku 1 cząsteczka NaOH reaguje z 1 cząsteczką HCl z produktami, wodą i NaCl. Tak więc, ponieważ dodałeś wystarczającą ilość NaOH, aby zneutralizować cały HCl, liczba moli NaOH zużytych w reakcji będzie równa liczbie moli HCl w kolbie.
   • Dowiedzmy się więc jaka jest ilość NaOH w molach. 25 ml NaOH = 0,025 l NaOH x (0,5 mola NaOH / 1 l) = 0,0125 mola NaOH.
   • Ponieważ z równania reakcji wywnioskowaliśmy, że liczba moli NaOH zużytych w reakcji = liczba moli HCl w roztworze, teraz wiemy, że w roztworze jest 0,0125 mola HCl.
7. Oblicz stężenie swojego roztworu. Teraz, gdy znasz ilość substancji rozpuszczonej w swoim roztworze, łatwo jest obliczyć stężenie w kategoriach molarności. Po prostu podziel liczbę moli substancji rozpuszczonej w roztworze przez objętość próbki roztworu (nie objętość większej ilości, z której pobrałeś próbkę.) Wynikiem jest molarność twojego roztworu!
   • Aby znaleźć molarność w powyższym przykładzie, podziel liczbę moli HCl przez objętość w kolbie. 0,0125 mola HCl x (1 / 0,060 L) = 0,208 M HCl.
   • Aby przeliczyć molarność na g / l, ppm lub procent składu, przelicz liczbę moli swojej substancji rozpuszczonej na masę (używając masy molowej substancji rozpuszczonej). W przypadku ppm i procentu związku należy również przeliczyć objętość swojego roztworu do masy (używając współczynnika konwersji, takiego jak gęstość, lub po prostu przez zważenie go), a następnie pomnóż wynik odpowiednio przez 10 lub 10.

Część 3 z 3: Określanie zasolenia w akwarium

1. Pobierz próbkę wody ze swojego zbiornika. Dokładnie zanotuj głośność. Jeśli to możliwe, zmierz objętość w jednostkach SI, takich jak ml - można je łatwo przeliczyć na L.
   • W tym przykładzie testujemy wodę w akwarium pod kątem zasolenia, czyli stężenia soli (NaCl) w wodzie. Załóżmy, że w tym celu pobieramy próbkę wody 3 ml z akwarium, a następnie ustaw ostateczną odpowiedź, która ma być udzielona g / L.
2. Miareczkować próbkę wody. Wybierz titrant, który powoduje wyraźnie widoczną reakcję w substancji rozpuszczonej. W tym przypadku używamy roztworu 0,25 M AgNO₃ (azotan srebra), związek, który wytwarza nierozpuszczalną sól chloru, gdy reaguje z NaCl w następującej reakcji: AgNO₃ + NaCl> NaNO₃ + AgCl. Sól (AgCl) będzie widoczna jako mętna biała pozostałość, która unosi się na wodzie i może zostać oddzielona od roztworu.
   • Miareczkuj azotan srebra z biurety lub małej igły do ​​wstrzyknięć do próbki akwarium, aż roztwór stanie się mętny. Przy tak małej próbce ważne jest, aby dokładnie określić, ile dodałeś azotanu srebra - dokładnie zbadaj każdą kroplę.
3. Kontynuuj do zakończenia reakcji. Kiedy azotan srebra przestaje mętnieć roztwór, można zanotować ilość dodanych ml. Miareczkować AgNO3 bardzo wolno i uważnie obserwuj rozwiązanie, zwłaszcza gdy zbliża się punkt końcowy.
   • Załóżmy, że jest 3 ml 0,25 M AgNO₃ było konieczne, aby reakcja dobiegła końca, a woda nie zachmurzyła się dalej.
4. Określ liczbę moli titranta. Ten krok jest łatwy - pomnóż objętość dodanego titranta przez molarność. W ten sposób uzyskasz liczbę moli użytego titranta.
   • 3 ml x 0,25 M = 0,003 l x (0,25 mola AgNO₃/ 1 L) = 0,000075 mola AgNO₃.
5. Określ liczbę moli swojej substancji rozpuszczonej. Użyj równania reakcji, aby przeliczyć liczbę moli AgNO₃ do moli NaCl. Równanie reakcji to: AgNO₃ + NaCl> NaNO₃ + AgCl. Ponieważ 1 mol AgNO₃ reaguje z 1 molem NaCl, teraz wiemy, że liczba moli NaCl w naszym roztworze = liczba moli AgNO₃ to jest dodane: 0,000075 mol.
   • W tym przypadku: 1 mol AgNO₃ reaguje z 1 molem NaCl. Ale jeśli 1 mol titranta reaguje z 2 molami naszej substancji rozpuszczonej, wówczas pomnożymy liczbę moli naszego titranta przez 2, aby otrzymać liczbę moli naszej substancji rozpuszczonej.
   • W przeciwieństwie do tego, jeśli 2 mole naszego titranta reagują z 1 molem naszej substancji rozpuszczonej, to liczbę moli titranta dzielimy przez dwa.
   • Reguły te odpowiadają proporcjonalnie 3 molom titranta i 1 molowi substancji rozpuszczonej, 4 molom titranta i 1 molowi substancji rozpuszczonej itp. Oraz 1 molowi titranta i 3 molom substancji rozpuszczonej, 1 molowi titrantu i 4 molom substancji rozpuszczonej, itp.
6. Zamień liczbę rozpuszczonych moli na gramy. Aby to zrobić, musisz obliczyć masę molową substancji rozpuszczonej i pomnożyć ją przez liczbę moli substancji rozpuszczonej. Aby znaleźć masę molową NaCl, użyj układu okresowego, aby znaleźć i dodać masę atomową soli (Na) i chlorków (Cl).
   • MM Na = 22,990. MM Cl = 35,453.
   • 22,990 + 35,453 = 58,443 g / mol
   • 0,000075 mola NaCl x 58,442 g / mol = 0,00438 mola NaCl.
   • Zwróć uwagę: Jeśli w atomie znajduje się więcej niż jeden rodzaj cząsteczek, musisz kilkakrotnie dodać masę molową tego atomu. Na przykład, jeśli masz masę molową AgNO₃, należy dodać masę tlenu trzy razy, ponieważ cząsteczka zawiera trzy atomy tlenu.
7. Oblicz końcowe stężenie. Mamy masę naszej substancji rozpuszczonej w gramach i znamy objętość badanego roztworu. Teraz musimy tylko podzielić: 0,00438 g NaCl / 0,003 L = 1,46 g NaCl / l
   • Zasolenie wody morskiej wynosi około 35 g NaCl / l. Nasze akwarium nie jest wystarczająco słone dla ryb morskich.

Porady

• Chociaż substancja rozpuszczona i rozpuszczalnik mogą występować w różnych stanach (ciało stałe, ciecz lub gaz) po oddzieleniu, roztwór powstały, gdy substancja się rozpuści, będzie w tym samym stanie co stan rozpuszczalnika.
• Ag + 2 HNO3 → AgNO3 + NO2 + H2O
• Używać tylko przezroczystego plastiku lub szkła.
• Oto przykładowy film: [1]

Ostrzeżenia

• Przechowuj roztwór AgNO3 w zamkniętej, ciemnej butelce. Jest wrażliwy na światło.
• Zachowaj ostrożność podczas pracy z mocnymi kwasami lub zasadami. Upewnij się, że w pomieszczeniu jest wystarczająca ilość świeżego powietrza.
• Noś okulary i rękawice ochronne.
• Jeśli chcesz odzyskać srebro, zwróć uwagę na następujące kwestie: Cu (s) + 2 AgNO3 (aq) → Cu (NO3) 2 + 2 Ag (s) Pamiętaj, że (s) oznacza ciało stałe.