Методи кількісного визначення складу розчинуСтр 1 из 2Следующая ⇒
Розчини. Приготування і визначення концентрації розчину Мета роботи Навчитись готувати розчини заданої концентрації та визначати концентрацію розчину за допомогою ареометрів та титруванням. Теоретична частина Розчин — це однофазна система перемінного складу, що містить два або більше компонентів. Розчини — це гомогенні (однорідні) системи, тобто кожен з компонентів розподілений в масі іншого в вигляді молекул, атомів чи іонів. Розчинник— компонент, агрегатний стан якого не змінюється при утворенні розчину. У випадку розчинів, утворених при змішуванні газу з газом, рідини з рідиною, твердої речовини з твердою, розчинником вважається той компонент, кількість якого в розчині переважає. Розчинення — це перехід молекул речовини з однієї фази в іншу (розчин). Розчинення проходить в результаті взаємодії атомів (молекул) розчинника та розчиненої речовини. При розчиненні міжфазна поверхня розділу зникає, при цьому багато фізичних властивостей розчину (наприклад, густина, в’язкість, інколи — колір, та інші) змінюються. Речовини, що беруть участь у процесі розчинення, характеризуються розчинністю—здатністю однієї речовини утворювати з іншими речовинами гомогенні суміші з дисперсним розподілом компонентів (розчини). Кількісно розчинність пари, рідини чи твердої речовини в рідкому розчиннику вимірюється концентрацією насиченого розчину при даній температурі. Насиченим розчином називається розчин, що знаходиться в рівновазі з надлишком розчиненої речовини. Для твердих і рідких речовин звичайно розчинність описується за допомогою коефіцієнта розчинності—максимальної кількості грамів компонента, що розчиняється при заданих умовах у 100 одиницях маси розчинника з утворенням насиченого розчину. Говорячи про розчинність речовини, потрібно завжди вказувати температуру. Розчинність як характеристика тієї чи іншої речовини наводиться для найбільш розповсюджених розчинників у спеціальних довідкових таблицях. Чинники, що впливають на розчинність: природа речовини, яка розчиняється, і розчинника, температура, тиск. Відповідно до емпіричного правила «подібне розчиняється в подібному» тотожні за фізичними і хімічними властивостями речовини добре розчинні одна в одній. Процес розчинення може проходити з поглинанням або виділенням тепла. Теплоту, що виділяється або поглинається при розчиненні, відносять до моля розчиненої речовини і вимірюють у Дж/моль. Розчинення газів найчастіше екзотермічний процес (АН < 0), але в органічних розчинниках вони іноді розчиняються з поглинанням тепла (АН > 0). Розчинність пари в рідинах збільшується із збільшенням тиску і, в більшості випадків, з пониженням температури. Більш складний процес розчинення рідини в рідині. Можна виділити кілька типів змішування рідин: а) необмежено розчинні одна в одній з утворенням гомогенного розчину (вода й етанол); б) частково розчинні (вода і діетиловий етер), при досить доброму розчиненні їхня взаємна розчинність досягає межі; в) практично не розчиняються (вода і ртуть). Абсолютно не розчинних одна в одній рідин немає. У більшості випадків з ростом температури взаємна розчинність рідин збільшується. Для рідин існує таке поняття, як критична температура розчинності — температура, при якій обидві рідини змішуються одна з одною в будь-яких співвідношеннях. Залежність взаємної розчинності рідин від тиску проявляється мало і стає помітною лише при значній зміні параметра тиску. Розчинність твердих речовин в рідинах може змінюватися в широких межах. Звичайно вона зростає із збільшенням температури. Але є і винятки, коли розчинність із ростом температури знижується (натрію бутират). За агрегатним станом розчини бувають: рідкі, тверді і газоподібні. Важливою характеристикою будь-якого розчину є його склад. Він виражається концентрацією — відношенням кількісного вмісту компонента розчину до певної маси чи об'єму розчину або розчинника. Встановлення рівноваги між газом, рідиною чи твердим тілом у рідкому розчиннику досягається при концентрації насичення. Ця величина кількісно характеризує розчинність певної речовини при заданій температурі. Для приготування розчинів використовують кілька способів вираження концентрації розчиненої речовини: в одиницях маси, молях, еквівалентах. Відповідно до призначення і вимог концентрація розчинів може виражатися з різною точністю. Розрізняють емпіричні, точні і приблизні розчини. Емпірична концентрація встановлюється для багатьох розчинів допоміжних речовин (специфічні реактиви, індикатори та ін.), і її значення наводиться у відповідних прописах. При виконанні препаративних, аналітичних і інших робіт розчини допоміжних реагентів (кислот, основ і інших речовин) готують приблизної концентрації, частіше для її вираження використовують відсоткову концентрацію за масою або об'ємом. Розчини з точною концентрацією (стандартні, робочі, титровані) частіше застосовуються в аналітичних дослідженнях. Їх концентрація виражається нормальністю, титром робочого розчину за аналізованою речовиною, а у фізико-хімічних дослідженнях — найчастіше молярністю. Для приготування розчину необхідно знати різні способи вираження концентрації і вміти переходити від одного способу до іншого. Масова частка— відношення маси розчиненої речовини до маси розчину. Масова частка вимірюється в частках від одиниці. , де: m(х)— маса розчиненої речовини, г (кг); mр— загальна маса розчину, г (кг). Звідси: , Відсоткова концентрація C%(х) — кількість одиниць маси розчиненої речовини в 100 одиницях маси розчину. Визначення інших величин, виходячи з основної формули:
. Об’ємна частка— відношення об’єму розчиненої речовини до об’єму розчину. Об’ємна частка вимірюється в частках від одиниці. υ = V(x)/Vp де: V(x)— об’єм розчиненої речовини, л; Vр— загальна об’єм розчину, л. Молярна концентрація (молярність) С(х) — кількість молів розчиненої речовини в 1 л розчину. Вимірюється відношенням кількості речовини ν(х), що міститься в розчині, до об’єму цього розчину Vр: або . Наприклад, С(х) = 1,0моль/л або 1,0 М (одномолярний розчин) С(х) = 0,1моль/л або 0,1 М (децимолярний розчин) С(х) = 0,01моль/л або 0,01 М (сантимолярный розчин) С(х) = 0,001моль/л або 0,001 М (миллимолярный розчин) С(х) = 2,0моль/л або 2,0 М (двомолярний розчин) Визначення інших величин, виходячи з основної формули:
. Еквівалентна концентрація (нормальна концентрація або нормальність) СН(х) чи N – Число еквівалентів розчиненої речовини в 1 л розчину. Вимірюється відношенням кількості еквівалентів νекв(х), що міститься в розчині, до об’єму цього розчину Vр: ,
, де: z — число еквівалентності, Е — еквівалентна маса розчиненої речовини, г/моль. Наприклад: СН(х)=1,0 моль/л або 1,0н. (однонормальний розчин) СН(х)=0,1 моль/л або 0,1н. (децинормальний розчин) СН(х)= 0,01 моль/л або 0,1н. (сантинормальний розчин) СН(х)= 0,001 моль/л або 0,001н. (мілінормальний розчин Еквівалентом речовини називається така його кількість, яка в даній реакції рівноцінна (еквівалентна) 1 молю атомів водню. Нормальну концентрацію виражають в моль-екв/л. Нормальна концентрація може відрізнятися в залежності від реакції, в якій приймає участь речовина. Наприклад, одномолярний розчин H2SO4 буде однонормальним, якщо він використовується для реакції з лугом з утворенням гідросульфату KHSO4, і двонормальним в реакції з утворенням K2SO4. Молярна концентрація еквівалента завжди більше молярної концентрації в z раз. СН(х) = z∙С(х) Титр (Т) — маса (у г чи мг) речовини, що міститься в 1 мл розчину. Для аналітичних цілей використовують вираження концентрації через титр за аналізованою речовиною — масу (у г чи мг) аналізованої речовини, яка еквівалентна певній кількості реагенту, що міститься в 1 мл розчину.
. Моляльна концентрація (моляльність) Сm(х)– вимірюється відношенням кількості речовини ν(х) до маси розчинника mр-ну:
При переході від масових концентрацій (масова частка, відсоткова концентрація. моляльність) до об’ємних (всі інші) необхідно знати густину розчину.
Методи кількісного визначення складу розчину Метод денсиметрії – Визначення густини розчину за допомогою ареометра. Ареометр – це прилад для вимірювання густини рідини. Ареометр представляє собою поплавець з дробом або ртуттю і вузьким відростком – трубкою, в якій знаходиться шкала з поділами. Шкала градуйована в одиницях густини (кг/м3 або г/мл). Коли ареометр занурений в рідину, то рівень її поверхні збігається з тою поділкою на шкалі, що показує густину цієї рідини. Знаючи густину розчину, можна в довідковій літературі знайти масову частку розчиненої речовини. Наприклад, для розчину хлориду натрію при 15 ˚C є такі дані:
Таблиця 1
Титрування - Це метод кількісного хімічного аналізу, заснований на вимірюванні об'єму розчину з відомою концентрацією, витраченого на реакцію з розчином речовини невідомої концентрації, яку потрібно виміряти. Залежно від типу реакції, що лежить в основі процесу титрування. розрізняють кислотно-основне титрування, окислювально-відновне і т.д. Для визначення концентрації кислоти застосовується кислотно-основне титрування розчином лугу. При цьому протікає реакція нейтралізації: NaOH + HCl = NaCl + H2O, до якої можна застосувати закон еквівалентів: Якщо концентрація розчинів є еквівалентною концентрацією (N), то маса речовини (m) в об’ємі розчину (V) дорівнює:
m(NaOH) = N(NaOH) • M(NaOH) • V(NaOH),
m(HCl) = N(HCl) • M(HCl) • V(HCl), для цієї реакції Е(NaOH)= M(NaOH), Е(HCl) = M(HCl), і вираз закону еквівалентів приймає вигляд:
V (NaOH) • N (NaOH) = V (HCl) • N (HCl)
N (HCl) = V (NaOH) • N (NaOH) / V (HCl)
Таким чином, для визначення еквівалентної концентрації кислоти необхідно знати концентрацію лугу і об’єми розчинів кислоти і луги, що вступили в реакцію.
Фізико-хімічні методи:фотоколориметричний, спектрофотометричний, атомно-абсорбційний, рефрактометричний, поляриметричний, потенціометричний, хроматографічний, радіометричний. Детально методи визначення складу розчинів розглянуті в курсі аналітичної хімії.
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|