Способы выражения концентрации растворов

Важной характеристикой любого раствора служит содержание в нем растворенного вещества. Состав раствора (и, в частности, содержание в нем растворенного вещества) может выражаться разными способами - как с помощью безразмерных единиц (долей или процентов), так и через размерные величины - концентрации.

Существуют следующие способы выражения содержания растворенного вещества в любом растворе:

1. Массовая доля растворенного вещества - это отношение массы данного вещества в растворе к общей массе раствора:

, где

- массовая доля вещества Х; - масса вещества Х; - общая масса раствора.

Массовая доля является безразмерной величиной. Ее выражают в долях от единицы, в процентах или промилле. Например, водный раствор соляной кислоты с массовой долей 10% содержит 10 единиц массы в 100 единицах массы раствора. Следовательно, в 100 единицах массы раствора содержится 10 единиц массы растворенного вещества (в данном случае ) и 90 единиц массы растворителя (в данном случае воды).

Массовую долю, выраженную в процентах, называют процентной концентрацией. Процентная концентрация - это весовая концентрация.

2. Молярная доля - отношение количества растворенного вещества или растворителя к сумме количеств всех веществ, составляющих раствор. В случае раствора одного вещества в другом молярная доля растворенного вещества N₂ равна:

А молярная доля растворителя N₁:

где и - соответственно количества вещества растворителя и растворенного вещества.

3. Молярная концентрация - это отношение количества растворенного вещества в молях к объему раствора: (1)

где - молярная концентрация частиц Х; - количество вещества частиц Х, содержащихся в растворе, определяется численностью содержащихся в растворе частиц Х, которые могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами, атомными группами, эквивалентами; - объем раствора.

Для определения количества вещества Х нужно массу вещества разделить на молярную массу вещества, состоящую из частиц Х: (2)

Подставив значение в формулу (1), будем иметь: .

Молярная концентрация равна массе, деленной на произведение молярной массы и объема раствора. Например, если в колбе объемом 2 л будет 80 г NaCl, то его молярная концентрация определится отношением:

Обычно применяют для выражения молярной концентрации выражение моль/л. Таким образом, молярная концентрация выражается в молях и является объемной концентрацией.

4. Моляльная концентрация - отношение количества растворенного вещества к массе растворителя. Обычно моляльность обозначается буквой m. Например, если для раствора гидроксида натрия NaOH запись m=3 моль/кг (Н₂О) означает, что в этом растворе на каждый килограмм растворителя (воды) приходится 3 моля NaOH. Моляльность раствора, в отличие от молярности не изменяется при изменении температуры.

5. Нормальная (эквивалентная) концентрация - отношение числа эквивалентов (грамм-эквивалентов) растворенного вещества к объему раствора. Концентрация, выраженная этим способом, обозначается или N, а после численного значения нормальности н. Например, 2 н. H₂SO₄ означает, что в каждом литре такого раствора содержится 2 эквивалента серной кислоты, т.е. (1/2 H₂SO₄)=2 моль/л.

Эквивалент - это реальная или условная частица вещества, которая

а). в кислотно-основной реакции (реакции нейтрализации) эквивалентна одному иону водорода или одному иону гидроксила, образующих воду. Например:

Здесь шести ионам водорода (в трех реагирующих частицах H₂SO₄) соответстуют две частицы Al(OH)₃, следовательно, одному иону водорода эквивалентна 1/3 частицы Al(OH)₃, т.е. один эквивалент Al(OH)₃ равен 1/3 частицы Al(OH)₃.

б). в окислительно-восстановительной реакции одному электрону, который молекула вещества приобретает или отдает в данной реакции:

Т.е, на 1 приходится 1/5 MnO₄^-, являющаяся эквивалентом для KMnO₄ в данной реакции.

в). в реакциях осаждения и комплексообразования соответствует 1 иону одновалентного металла, ½ иона двухвалентного металла и т.д., образующих осадок или комплексное соединение. Так при титровании цианида солью серебра по Мору:

эквивалент KCN равен его молекуле,

а при титровании по Дениже:

эквивалент KCN равен двум молекулам.

Существуют еще следующие определения понятия эквивалента.

- для кислоты эквивалент соответствует основности (числу атомов водорода в составе) кислоты, обмениваемых в данной реакции на металл или нейтрализуемых основанием.

- для основания эквивалент соответствует кислотности (числу гидроксогрупп в составе) основания, обмениваемых на кислотный остаток или нейтрализуемых кислотой.

- для солей эквивалент рассчитывают как произведение числа атомов и степени окисления металла в составе соли.

- для окислителей и восстановителей в окислительно-восстановительных реакциях эквивалент равен изменению их степени окисления в ходе реакции.

В любом случае, эквивалент вещества не является величиной постоянной, а зависит от реакции, в которой это вещество принимает участие.

6. Титромназывается количество грамм растворенного (титрующего) вещества в 1 мл раствора. Подобным выражением концентрации пользуются в аналитической химии для выражения концентрации так называемых стандартных растворов (титрантов), используемых в аналитической химии для различных видов титриметрического анализа.

7. Поверхностнойконцентрацией называется отношение числа частиц компонента, его количества или массы на поверхности системы к площади этой поверхности. Единицы измерения, соответственно, м^-2, моль/м² или кг/м².

8. В неоднородных системах различают средние (общие) и локальные концентрации компонентов.