Здавалка
Главная | Обратная связь

Методи кількісного визначення складу розчину



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

густина, г/мл 1,00 1,0071 1,0144 1,0292 1,0441 1,0591 1,0742 1,0895 1,1049 1,1206 1,1364 1,1525 1,1689
Відсоткова концентра-ція, %

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.