Растворы. Концентрация растворов

Раствором называется гомогенная (однородная) система, состо- ящая из нескольких компонентов. В практической деятельности чаще всего приходится иметь дело с жидкими растворами. Поэтому далее именно жидкие растворы и будут рассматриваться.

Простейший раствор состоит из двух компонентов: растворите- ля и растворенного вещества. Растворителем считается жидкий компонент. Чаще всего растворителем бывает вода.

Важнейшей характеристикой любого раствора является его концентрация. Концентрация раствора показывает, в каком соот- ношении находятся растворенное вещество и растворитель. Это со- отношение может быть показано разными способами.

1.1.   Способы выражения концентрации растворов

Массовая доля или процентная концентрация (ω)

Этот вид концентрации показывает соотношение масс раство- ренного вещества и раствора:

ω = m(вещества) .

m( раствора)

Так как масса растворенного вещества всегда меньше массы

раствора, это соотношение всегда меньше единицы. Поэтому, как правило, его выражают в процентах:

ω = m(вещества) ·100%.

m( раствора)

В этом случае массовую долю растворенного вещества можно назвать процентной концентрацией раствора и использовать обо- значение С_%:

С_% =m(вещества) ·100%.

m( раствора)

Можно сказать, что процентная концентрация показывает, сколько граммов растворенного вещества содержится в 100 граммах раствора.

То есть, если имеется, например, 5%-ный раствор хлорида натрия, то это значит, что в 100 граммах раствора содержится 5 граммов хлорида натрия и соответственно 95 граммов воды.

На практике при определении количества жидкого растворите- ля или раствора измеряют их объем (V). Для определения массы жидкости в этом случае используют ее плотность (ρ), то есть

m(раствора) = V(раствора) · ρ(раствора).

Как правило, плотность растворов измеряется в г/мл или, что одно и то же, в г/см³. Поэтому при использовании этой зависимости объем раствора должен измеряться в миллилитрах.

Молярная концентрация или молярность (С_М)

Этот способ выражения концентрации растворов используется в тех случаях, когда речь идет о каких-либо химических законо- мерностях, например, о зависимости от концентрации скорости хи- мической реакции, состояния равновесия, электродного потенциала и др.

Молярная концентрация показывает, сколько молей рас- творенного вещества содержится в одном литре раствора.

То есть, если имеется двухмолярный (2М) раствор серной кис- лоты, то в одном литре этого раствора содержится два моля серной кислоты.

По определению

М

С    = n(вещества) ,

V ( раствора)

М

С    = n(вещества) ,

V ( раствора)

где n – число молей растворенного вещества; V- объем раствора, л.

Если принять во внимание, что

то можно записать:

C_M =n = ^m ,

где М – молярная масса вещества, г/моль.

В этой формуле объем раствора обязательно должен измеряться в литрах.

Молярная концентрация эквивалента или нормальная кон- центрация (С_н)

Этот способ выражения концентрации растворов применяется в тех случаях, когда растворенное вещество участвует в какой-либо реакции, и для выполнения расчетов удобно применить закон экви- валентов.

Нормальная концентрация (нормальность) показывает, сколько эквивалентов вещества содержится в одном литре рас- твора.

Так, если имеем 0,1н раствор гидроксида натрия, то можно ска- зать, что в одном литре этого раствора содержится 0,1 эквивалент NaOH.

По определению:

С_Н =

nЭ (вещества) ,

V ( раствора)

где n_э – число эквивалентов растворенного вещества; V- объем раствора, л,

или

C_Н =                                            ,

где М_Э – молярная масса эквивалента вещества.

В этой формуле объем раствора также должен измеряться в литрах.

Если в задаче речь идет о реакции, в которой реагирующие ве- щества находятся в растворах, часто бывает удобно использовать за- кон эквивалентов для растворов:

СН(1) . V(1) = CH(2) . V(2),

где С_Н и V – нормальность и объем двух взаимодействующих растворов.

Моляльная концентрация или моляльность (Сm)

Этот способ выражения концентрации растворов встречается довольно редко. Обычно необходимость его использования возни- кает в тех случаях, когда обсуждается влияние концентрации на изменение   температуры    замерзания    или    кипения    раствора по сравнению с чистым растворителем.

Моляльная концентрация показывает, сколько молей рас- творенного вещества приходится на 1000 граммов растворите- ля.

Моляльность может быть рассчитана по формуле:

C_m =                                               ,

где m(вещества) – масса растворенного вещества, г; m(растворителя) – масса растворителя, г;

M(вещества) – молярная масса растворенного вещества, г/моль.