Zawartość

• Kroki
• Rada
• Ostrzeżenie

W chemii rozwiązanie jest jednorodną mieszaniną solute i Rozpuszczalnik rozpuść tę substancję rozpuszczoną. Stężenie jest miarą ilości rozpuszczonej substancji w rozpuszczalniku. Istnieje wiele powodów, dla których warto obliczyć stężenie roztworu, ale metoda jest taka sama, niezależnie od tego, czy musisz sprawdzić poziom chlorków w kąpieli, czy przeanalizować próbkę krwi, aby uratować życie. Ten artykuł zawiera podstawową wiedzę na temat chemii roztworów, a następnie szczegółowe instrukcje dotyczące bardzo powszechnego praktycznego zastosowania - konserwacji akwarium.

Kroki

Metoda 1 z 5: Naucz się podstaw koncentracji

1. 

   Naucz się słownictwa. Stężenie to stosunek masy substancji rozpuszczonej do masy całej mieszaniny. Na przykład, jeśli zamierzasz rozpuścić razem cukier i ocet na potrzeby eksperymentu, musisz obliczyć stężenie cukru w ​​mieszaninie. Poniżej znajduje się opis każdego składnika wyniku problemu chemicznego:
   • Cukier jest soluteto znaczy składnik jest rozpuszczony. Mierzysz stężenie substancji rozpuszczonej.
   • Ocet jest Rozpuszczalnik, czyli substancja, w której rozpuszczasz inną substancję.
   • Po zmieszaniu ich razem otrzymasz jeden rozwiązanie. Aby obliczyć stężenie potrzebne do uzyskania całkowitej masy roztworu, można to znaleźć, dodając masę substancji rozpuszczonej i masę rozpuszczalnika.
   • Jeśli nie pamiętasz, które rozpuszczalniki i które rozpuszczalniki, pamiętaj o tym przykładzie.

2. 

   
   
   Naucz się pisać koncentracje. Ponieważ istnieją różne sposoby przedstawienia „masy” substancji, istnieje również więcej niż jeden sposób zapisania stężenia. Oto najczęściej:
   • Gram na litr (g / L). Jest to po prostu masa w gramach substancji rozpuszczonej w danej objętości roztworu. Często używany do rozpuszczalników i płynnych rozpuszczalników, takich jak cukier i ocet w powyższym przykładzie.
   • Stężenie molowe (M). Liczba moli substancji rozpuszczonej podzielona przez objętość roztworu. Mol to jednostka miary stosowana w chemii, używana do opisu liczby atomów lub cząsteczek substancji.
   • Części na milion (ppm). Liczba jednostek (zwykle gramów lub miligramów) substancji rozpuszczonej na milion jednostek roztworu. Zwykle stosowany do bardzo rozcieńczonych roztworów wodnych.
   • Skład procentowy. Liczba części (zwykle gramów) substancji rozpuszczonej występującej w stuprocentowym roztworze. Symbol procentu oznacza „w 100”, więc możesz łatwo zapisać ułamek jako procent.
   Reklama

Metoda 2 z 5: Oblicz stężenie w gramach na litr

1. 

   
   
   Dowiedz się, jak zastosować tę metodę. Jest to przydatny sposób pomiaru stężenia, gdy rozpuszczasz ciało stałe w cieczy oraz podczas wykonywania obliczeń na stosunkowo dużych roztworach, które są łatwe do zmierzenia. Jeśli ilość substancji rozpuszczonej wynosi tylko kilka miligramów lub rozpuszczalnik jest w mililitrach, należy zastosować inną metodę.
   • Przykładowy problem: Znajdź stężenie (gramy na litr) roztworu przygotowanego z 3 ml soli kuchennej do 2000 ml wody. Napisz odpowiedź w gramach / litr.

2. 

   
   
   Zamień masę substancji rozpuszczonej na gramy. Jeśli substancja rozpuszczona (która jest rozpuszczona w większej ilości rozpuszczalnika) została zważona w gramach, pomiń ten krok. Jeśli nie, musisz przeliczyć jednostki na gramy. Konwersja jednostek masy (takich jak kilogramy) jest prosta, jeśli spojrzeć na współczynniki konwersji, ale konwersja z jednostek objętości (takich jak litry) jest bardziej skomplikowana. Każda substancja ma swoją gęstość, czyli wartość określającą ilość materii zawartą w jednostkowej objętości. Sprawdź tę gęstość i pomnóż ją przez wartość objętości, aby uzyskać masę w gramach, po upewnieniu się, że jednostka pasuje.
   • W powyższym przykładzie sól jest substancją rozpuszczoną. Sól jest mierzona w jednostkach objętości (ml), więc należy ją przeliczyć na gramy.
   • Gęstość soli wynosi 1,15 g / ml. Jeśli problem nie daje tych danych, powinieneś sprawdzić to w podręczniku lub chemicznej bazie danych. Musisz znaleźć gęstość pod względem używanych jednostek (gramy na litr) lub przekonwertować ją na właściwe jednostki.
   • Aby znaleźć masę soli zawartej w 3 ml, oblicz 3 ml × (/ _{1 ml}) = 3,45 grama soli.

3. 

   Konwertuj dane rozpuszczalnika na litry. Rozpuszczalniki są zwykle mierzone w jednostkach objętości, więc przeliczanie jest dość proste. Jeśli problem jest już rozpuszczalny w litrach, przejdź do następnego kroku.
   • W powyższym przykładzie mamy 2000 ml wody, więc należy ją przeliczyć na litry.
   • Każdy litr ma 1000 ml, więc przelicz według obliczeń (/ _{1000 ml}) x (2000 ml) = 2 litry wody.
   • Zwróć uwagę, że dokonujemy konwersji jednostek tak, że mL zostanie zniszczony (jeden powyżej, jeden poniżej). Jeśli napiszesz jako / _{1 L} x 2000 ml da bezsensowny wynik.

4. 

   Podziel rozpuszczalnik przez substancję rozpuszczoną. Teraz, gdy mamy wagę w gramach substancji rozpuszczonej i objętość w litrach rozpuszczalnika, z łatwością znajdziesz stężenie g / l, dzieląc:
   • W powyższym przykładzie / _{2 litry wody} = Stężenie soli 1,725 ​​g / l.

5. 

   Zmodyfikuj wzór na duże obliczenia substancji rozpuszczonej. Teoretycznie powinniśmy obliczyć stężenie na podstawie objętości całego roztworu, to znaczy dodać razem objętość substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika. Podczas rozpuszczania małej ilości ciał stałych w dużej ilości cieczy, różnica w objętości jest pomijalna, więc można zignorować objętość substancji rozpuszczonej i użyć tylko objętości rozpuszczalnika, tak jak poprzednio. Jeśli objętość substancji rozpuszczonej jest wystarczająco duża, aby znacząco zmienić całkowitą objętość, należy zmienić formułę na (g substancji rozpuszczonej) / (L substancji rozpuszczonej + L rozpuszczalnika).
   • W powyższym przykładzie / (_{2 litry wody} + 0,003 L soli) = 1,722 g / l.
   • Różnica między tym wynikiem a pierwotnym wynikiem wynosi tylko 0,003 g / l. Jest to bardzo małe odchylenie i prawie mniejsze niż dokładność przyrządów pomiarowych.
   Reklama

Metoda 3 z 5: Oblicz stężenie w procentach lub na milion

1. 

   Dowiedz się, jak zastosować tę metodę. Użyj tej metody, jeśli problem wymaga znalezienia „zawartości procentowej” lub „procentu masy”. W chemii zwykle najbardziej interesuje cię masa substancji. Znając masę substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika, można stosunkowo łatwo obliczyć procent substancji rozpuszczonej, porównując te dwie masy.
   • Przykładowy problem: 10 g proszku czekoladowego rozpuścić w 1,2 litra gorącej wody. Najpierw obliczyć procent wagowy czekolady w roztworze. Następnie zapisz wynik w częściach na milion.

2. 

   Zamień liczby na gramy. Jeśli są jakieś liczby podane w jednostkach objętości (na przykład litry lub mililitry), należy je przeliczyć na jednostki masy w gramach. Ponieważ każda substancja ma swój ciężar właściwy (masę objętościową), musisz znaleźć jego specyficzność, zanim będziesz mógł znaleźć masę:
   • Sprawdź gęstość substancji w podręczniku lub wyszukaj ją w Internecie. Zamień tę gęstość na powyższy gram (jednostkę objętości użytą w zadaniu), jeśli znalezione dane nie są spójne. Pomnóż gęstość przez objętość substancji, a otrzymasz masę w gramach.
   • Na przykład: Masz 1,2 litra wody. Gęstość wody wynosi 1000 gramów na litr, więc oblicz (/ _{1 L}) x 1,2 L = 1200 g.
   • Ponieważ masę czekoladową podano w gramach, nie ma potrzeby jej zmieniać.

3. 

   Oblicz procent. Po uzyskaniu masy substancji rozpuszczonej i masy rozpuszczalnika w gramach, użyj poniższego wzoru, aby obliczyć procent: (/ (_{gramy substancji rozpuszczonej + gram rozpuszczalnika})) x 100.
   • Masz 10 gramów czekoladek i odkryłeś, że woda ma 1200 gramów. Cały roztwór (substancja rozpuszczona + rozpuszczalnik) ma masę 10 + 1200 = 1210 gramów.
   • Stężenie czekolady w całym roztworze = / _{(1210 gramów roztworu)} = 0,00826
   • Pomnóż tę wartość przez 100, aby uzyskać procent: 0,00826 x 100 = 0,826, więc to wszystko mieszanka 0,826% czekolady.

4. 

   Oblicz składniki na milion. Mamy już „procent”, więc części na milion są obliczane dokładnie w ten sam sposób. Formuła to (/ (_{gramy substancji rozpuszczonej + gram rozpuszczalnika})) x 1000000. Ta formuła została przepisana w notacji matematycznej (/ (_{gramy substancji rozpuszczonej + gram rozpuszczalnika})) x 10.
   • W powyższym przykładzie / _{(1210 gramów roztworu)} = 0,00826.
   • 0,00826 x 10 = 8260 ppm czekolady.
   • Zwykle części na milion są używane do pomiaru bardzo małych stężeń, ponieważ zapisywanie w procentach jest niewygodne. Dla wygody używamy również tego samego przykładu.
   Reklama

Metoda 4 z 5: Oblicz stężenie molowe

1. 

   Czego potrzebujesz, aby zastosować tę metodę? Aby obliczyć stężenie molowe, musisz wiedzieć, ile jest moli substancji rozpuszczonej, ale możesz łatwo znaleźć tę liczbę, jeśli znasz masę substancji rozpuszczonej i jej wzór chemiczny. Jeśli nie znasz wszystkich tych informacji lub nie znasz pojęcia „mol” w chemii, użyj innej metody.
   • Przykładowy problem: Jaka jest molarność roztworu przygotowanego przez rozpuszczenie 25 gramów wodorotlenku potasu w 400 ml wody?
   • Jeśli masa substancji rozpuszczonej jest podana w jednostkach innych niż gramy, najpierw przelicz na gramy.

2. 

   Oblicz masę molową substancji rozpuszczonej. Każdy pierwiastek chemiczny ma znaną „masę molową”, czyli masę jednego mola tego pierwiastka. Masa cząsteczkowa ma taką samą wartość jak masa atomowa w układzie okresowym pierwiastków, zwykle poniżej symbolu chemicznego i nazwy każdego pierwiastka. Wystarczy dodać masę molową elementów składowych, które tworzą substancję rozpuszczoną, aby znaleźć masę molową substancji rozpuszczonej.
   • W powyższym przykładzie jako substancję rozpuszczoną zastosowano wodorotlenek potasu. Wyszukaj tę substancję w podręczniku lub w bazie danych wzorów chemicznych, aby znaleźć wzór chemiczny wodorotlenku potasu: KOH.
   • Skorzystaj z układu okresowego lub dokumentacji online, aby znaleźć masę atomową pierwiastka: K = 39,0; O = 16,0; H = 1,0.
   • Dodaj do siebie masy atomowe i zapisz jednostkę „g / mol” z tyłu, aby otrzymać masę molową. 39 + 16 + 1 = 56 g / mol.
   • W przypadku cząsteczek z więcej niż jednym typem atomu dodaj masę atomową każdego typu atomu. Na przykład H.₂O ma masę molową 1 + 1 + 16 = 18 g / mol.

3. 

   Oblicz liczbę moli substancji rozpuszczonej. Gdy masz już masę molową (g / mol), możesz przeliczyć między gramami a molami. Znasz już masę substancji rozpuszczonej w gramach, więc możesz ją zmienić w następujący sposób (masa substancji rozpuszczonej w gramach) x (/ _{masa cząsteczkowa}), aby uzyskać wynik w pieprzykach.
   • W powyższym przykładzie, ponieważ masz 25 gramów substancji o masie molowej 56 g / mol, oblicz w następujący sposób 25 g x (/ _{56g / mol}) = około 0,45 mola KOH w roztworze.

4. 

   Podziel objętość roztworu na litry, aby znaleźć stężenie molowe. Stężenie molowe definiuje się jako stosunek liczby moli substancji rozpuszczonej do liczby litrów roztworu. W razie potrzeby zamień objętość roztworu na litry, a następnie przeprowadź obliczenia.
   • W tym przykładzie mamy 400 ml wody, czyli 0,4 litra.
   • Stężenie molowe KOH w roztworze wynosi / _0,4l = 1,125 M. (Dokładniejsze wyniki uzyskasz za pomocą kalkulatora i nie zaokrąglać żadnych liczb aż do ostatniego kroku).
   • Zwykle można zignorować objętość substancji rozpuszczonej, ponieważ nie zmienia ona znacząco objętości rozpuszczalnika. Jeśli rozpuszczasz ilość substancji rozpuszczonej wystarczająco dużą, aby znacząco zmienić objętość, zmierz objętość końcowego roztworu i użyj tego parametru.
   Reklama

Metoda 5 z 5: Miareczkowanie w celu obliczenia stężenia roztworu

1. 

   Wiedz, kiedy miareczkować. Miareczkowanie to technika stosowana przez chemików do obliczania ilości substancji rozpuszczonej obecnej w roztworze. Aby wykonać miareczkowanie, należy wywołać reakcję chemiczną między substancją rozpuszczoną a innym reagentem (zwykle również rozpuszczonym w roztworze ciekłym). Ponieważ znasz dokładną ilość drugiego reagenta i znasz równanie chemiczne reakcji między tą substancją a substancją rozpuszczoną, możesz obliczyć ilość substancji rozpuszczonej, określając ilość odczynnika, którą należy dodać do roztworu najpierw. po zakończeniu reakcji z substancją rozpuszczoną.
   • Dlatego miareczkowanie jest bardzo dobrą metodą obliczania stężenia roztworu kiedy nie wiesz, jaka jest początkowa ilość substancji rozpuszczonej.
   • Jeśli znana jest masa substancji rozpuszczonej w roztworze, miareczkowanie nie jest konieczne - wystarczy określić objętość roztworu i obliczyć stężenie, jak pokazano w części pierwszej.

2. 

   Przygotuj instrument do miareczkowania. Aby dokładnie miareczkować, musisz mieć czyste, precyzyjne i profesjonalne instrumenty chemiczne. W pozycji do miareczkowania umieścić kolbę Erlena pod rurką biurety zamontowaną na zacisku. Końcówka rurki biurety powinna spoczywać w szyjce kolby, nie dotykając jej ściany.
   • Upewnij się, że cały sprzęt został wcześniej wyczyszczony, spłucz wodą dejonizowaną i pozostaw do wyschnięcia.

3. 

   Wlej roztwór do kolb i probówek. Dokładnie odmierz niewielką ilość roztworu o nieznanym stężeniu. Po rozpuszczeniu substancji rozpuszczonej jest ona równomiernie rozproszona w roztworze, więc stężenie tego małego roztworu próbki będzie takie samo jak w roztworze oryginalnym. Napełnij biuretę roztworem, który będzie reagował z roztworem o znanym stężeniu. Zapisz dokładną objętość roztworu w probówce biurety - odejmiesz końcową objętość, aby znaleźć całkowitą objętość użytą w tej reakcji.
   • Uwaga: Jeśli reakcja między roztworem w biurecie a roztworem w kolbie o nieznanym stężeniu nie wykazuje wyraźnych oznak reakcji, należy dodać wskaźnik do słoika. W chemii wskaźnik to substancja chemiczna, która zmienia kolor roztworu, gdy reakcja osiągnie równoważny lub końcowy punkt. Wskaźniki używane do miareczkowania są zwykle kwaśne i powodują reakcje redoks, ale istnieje wiele innych typów wskaźników. Zapoznaj się z podręcznikiem chemii lub w Internecie, aby znaleźć właściwy wskaźnik reakcji.

4. 

   Rozpocznij miareczkowanie. Powoli dodaj roztwór z probówki biurety (nazywany „roztworem do miareczkowania”) do kolby. Do wymieszania roztworu podczas reakcji użyj mieszadła magnetycznego lub szklanej pręta. Jeśli reakcja w roztworze jest widoczna, zobaczysz oznaki, takie jak zmiana koloru, bąbelki, tworzenie nowego produktu itp. Jeśli używasz wskaźnika, poplamiony promień pojawi się, gdy upuść roztwór z probówki biurety do kolby.
   • Jeśli reakcja powoduje zmianę pH lub potencjału, można zanurzyć w kolbie papierek pH lub potencjometr w celu monitorowania reakcji.
   • Aby uzyskać bardziej precyzyjne miareczkowanie, należy monitorować pH i potencjał, jak wspomniano, rejestrując odczyty po dodaniu titranta w ustalonych małych przyrostach. Wykreślić pH lub potencjał z objętością dodanego titranta. Zauważysz, że nachylenie wykresu zmienia się bardzo szybko w punkcie równoważności reakcji.

5. 

   Zmniejsz prędkość miareczkowania. Gdy reakcja zbliża się do punktu końcowego, za każdym razem zmniejszaj szybkość miareczkowania kropla po kropli. Jeśli używasz wskaźnika, kolorowe promienie mogą wydawać się dłuższe. Kontynuuj tak wolno, jak to możliwe, aż ostatnia kropla spowoduje zatrzymanie reakcji dokładnie w tym miejscu. Jeśli chodzi o wskaźnik, będziesz musiał zauważyć pierwszą długotrwałą zmianę koloru w reakcji.
   • Zapisz końcową objętość w probówce biurety. Odejmując to od objętości roztworu początkowego w probówce biurety, można znaleźć dokładną objętość użytego roztworu do miareczkowania.

6. 

   Oblicz masę substancji rozpuszczonej w roztworze. Użyj równania chemicznego dla reakcji między titrantem a roztworem, aby znaleźć liczbę moli substancji rozpuszczonej w kolbie. Po znalezieniu liczby moli substancji rozpuszczonej podziel przez objętość roztworu w kolbie, aby znaleźć stężenie molowe roztworu, lub przelicz liczbę moli na gramy i podziel przez objętość roztworu, aby znaleźć stężenie wg / l. . Wymaga to podstawowej wiedzy z zakresu chemii kwantowej.
   • Na przykład załóżmy, że do miareczkowania roztworu HCl i wody do równoważnego punktu użyjemy 25 ml 0,5 M NaOH. Przed miareczkowaniem roztwór HCl ma objętość 60 ml. Ile moli HCl jest w roztworze?
   • Najpierw spójrzmy na równanie chemiczne reakcji między NaOH i HCl: NaOH + HCl> H.₂O + NaCl.
   • W tym przypadku jeden mol NaOH reaguje z jednym molem HCl, tworząc produkt (wodę i NaCl). Ponieważ dodajesz tylko tyle NaOH, aby zneutralizować cały HCl, liczba moli NaOH użytych w reakcji będzie taka sama, jak liczba moli HCl w kolbie.
   • Znajdź masę 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 użytych moli NaOH = liczba moli HCl w roztworze, możemy wywnioskować, że w roztworze jest 0,0125 mola HCl.

7. 

   Oblicz stężenie roztworu. Teraz, gdy znamy masę substancji rozpuszczonej w roztworze, znalezienie stężenia molowego będzie łatwe. Podzielić liczbę moli substancji rozpuszczonej w roztworze przez objętość roztworu badanego (nie są objętość roztworu, z którego pobierasz). Wynikiem jest stężenie molowe roztworu!
   • Aby znaleźć stężenie molowe dla powyższego przykładu, wystarczy podzielić liczbę moli HCl przez objętość roztworu w kolbie. 0,0125 mol HCl x (1 / 0,060 L) = 0,208 M HCl.
   • Aby przeliczyć molarność na g / l, ppm lub procent, należy przeliczyć liczbę molową substancji rozpuszczonej na masę (użyć masy molowej mieszaniny substancji rozpuszczonej). W przypadku ppm i procentów należy również przeliczyć objętość roztworu na masę (użyć współczynnika konwersji, takiego jak gęstość lub po prostu zważyć), a następnie pomnożyć odpowiednio przez 10 lub 10. z ppm i procentami.
   Reklama

Rada

• Chociaż rozpuszczalniki i rozpuszczalniki mogą występować w różnych postaciach materii (ciało stałe, ciecz, gaz) po oddzieleniu, roztwór powstały po rozpuszczeniu substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku będzie miał tę samą postać fizyczną. Rozpuszczalnik.
• Do miareczkowania należy używać wyłącznie plastikowych lub szklanych naczyń.

Ostrzeżenie

• Podczas miareczkowania nosić okulary i rękawiczki.
• Zachowaj ostrożność podczas pracy z mocnymi kwasami. Przetestuj pod wyciągiem, gdy jest toksyczny lub na zewnątrz.