STĘŻENIA ROZTWORÓW. Oznaczenia - μg- mikrogram, ng nanogram, pg pikogram, fg femtogram.

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "STĘŻENIA ROZTWORÓW. Oznaczenia - μg- mikrogram, ng nanogram, pg pikogram, fg femtogram."

Seweryna Filipiak
7 lat temu
Przeglądów:

1 STĘŻENIA ROZTWORÓW Sposoby wyrażania zawartości składników w roztworach Stosunek ilości substancji rozpuszczonej do ilości roztworu lub rozpuszczalnika określa stężenie roztworu. W praktyce chemicznej najczęściej spotyka się stężenia : procentowe, molowe, molalne i ułamek molowy. Przy oznaczaniu śladowych ilości substancji przyjęte jest określanie stężenia w częściach na milion ppm (parts per million), co odpowiada 1μg/ml, a także w częściach na miliard (parts per billion). Mniejsze jednostki to odpowiednio 1 ppt (parts per trillion) i 1 ppqud (parts per quadrillion). W przypadku wodnych roztworów bardzo rozcieńczonych przyjmuje się, że 1ml = 1g. Porównanie i objaśnienie tych jednostek jest następujące: ppm % μg/g mg/kg ppb % ng/g μg/kg ppt % pg/g ng/kg ppqud % fg/g pg/kg Oznaczenia - μg- mikrogram, ng nanogram, pg pikogram, fg femtogram. Często zachodzi konieczność przeliczania jednego rodzaju stężeń na inne. Do tego celu konieczna jest znajomość gęstości roztworu. Gęstość jest stosunkiem masy do objętości i podawana jest zwykle w g/cm 3 lub w kg/dm 3. Stężenie procentowe Stężenie procentowe - c p określa liczbę jednostek wagowych substancji zawartych w 100 jednostkach wagowych roztworu p ms c m r 100% m r m m s H O 2 gdzie : m s masa substancji rozpuszczonej, m r masa roztworu Przykład 1. 50,0g KI rozpuszczono w 450g wody. Po przeprowadzeniu analizy okazało się, że roztwór zawiera 5ppm wolnego jodu. Ile miligramów jodu zawierał jodek potasu? W milionie części masowych roztworu znajduje się 5 części masowych jodu, wobec tego 5mg znajduje się w mg, tj. w 1kg roztworu, w 0,5kg (450g+50g=500g=0,5kg) znajduje się zatem x = 5 0,5/1 = 2,5mg jodu

2 Przykład 2. Oblicz stężenie procentowe roztworu powstałego przez zmieszanie 120g 20 - procentowego roztworu i 250g 4- procentowego roztworu tej samej substancji. 120g 20 procentowego roztworu zawiera : g substancji g 4- procentowego roztworu zawiera : g substancji 100 Łącznie w 370g ( ) roztworu zawarte jest 34g ( ) substancji; c p ,2% 370 Przykład 3. Obliczyć, ile gramów octanu sodu znajduje się w 324g roztworu o zawartości procentowej 5,3%. Z definicji stężenia procentowego wynika, że w 100g roztworu znajduje się 5,3g soli a więc w 324g tego roztworu odpowiednio 324 5,3 17,2g 100 Stężenie molowe Stężenie molowe - c m - określa liczbę moli substancji rozpuszczonej zawartej w 1 dm 3 roztworu lub milimoli substancji w 1 cm 3 roztworu c m ns V r ms M V s r gdzie : n s - liczba moli substancji rozpuszczonej m s masa substancji rozpuszczonej M s masa cząsteczkowa substancji rozpuszczonej V r - objętość roztworu, wyrażona w dm 3

3 Przykład 4. Jakie jest stężenie molowe 38-procentowego kwasu solnego o gęstości 1,1885g/cm 3? 1 mol HCl =36,5g Z definicji gęstości wynika, że masa 1dm 3 tego roztworu wynosi 1,1885 kg =1188,5 g, a z definicji roztworów procentowych że w 100g roztworu znajduje się 38g HCL; jeśli w 100g roztworu znajduje się 38g HCl to w 1188,5 g - x; 1188,5 38 x 451,6g 100 1mol HCl = 36,5g y moli = 451,6g, stąd y = 12,37 mola czyli roztwór jest 12,37 M (12,37 mol/l). Przykład 5. Ile cm 3 96 procentowego kwasu siarkowego o gęstości 1,836g/cm 3 i ile wody należy użyć aby sporządzić 3dm 3 roztworu H 2 SO 4 o stężeniu 0,2M (0,2 mol/l)? 1mol H 2 SO 4 = 98g Objętość 3 l 0,2 molowego H 2 SO 4 zawiera: 3 0,2 98 = 58,8 g H 2 SO 4. Roztwór 96-procentowy kwasu siarkowego zawiera 96g H 2 SO 4 w 100g roztworu. Potrzebne 58,8g znajduje się w 58,8 100 x 61,25g roztworu 96 Objętość potrzebnego kwasu obliczamy uwzględniając jego gęstość; m 61,25g v d g 1,836 3 cm 33,63cm 3 Należy zmieszać 33,36 cm 3 96-procentowego H 2 SO 4 oraz taką ilość wody aby łączna objętość wynosiła 3dm 3 ( 3000 cm 3 ).

4 Stężenie molalne Stężenie molalne m i - określa liczbę moli substancji rozpuszczonej w 1 kg rozpuszczalnika. ns ms mi m M m rozp. s rozp gdzie : n s - liczba moli substancji rozpuszczonej m rozp masa rozpuszczalnika, wyrażona w kg m s masa substancji rozpuszczonej masa cząsteczkowa substancji rozpuszczonej M s Aby molalność przeliczyć na stężenie molowe, należy liczbę wyrażającą stężenie molalne pomnożyć przez stosunek masy rozpuszczalnika do masy roztworu oraz przez gęstość roztworu. Przykład 6. 60g Ba(OH) 2 rozpuszczono w 2kg wody, otrzymując roztwór o gęstości 1,014g/cm 3. Obliczyć molalność i stężenie molowe otrzymanego roztworu. 1mol Ba(OH) 2 = 171,34g Molalność obliczymy dzieląc masę wodorotlenku baru przez masę rozpuszczalnika i masę molową wodorotlenku baru 60 mol mba(oh) 0, ,34 kg Stężenie molowe obliczamy wiedząc, że liczba moli wodorotlenku wynosi ,34 0,35mola a masa roztworu wynosząca 2000g + 60g = 2060g zajmuje objętość 2060g g 1,014 cm ,16cm 3 Obliczoną liczbę moli zawartą w znanej objętości odnosimy do objętości 1dm 3 /1000cm 3 / - zgodnie z definicją stężenia molowego; 0, x 0,172M 2031,16

5 Ułamek molowy Ułamek molowy N i określa stosunek liczby moli danego składnika roztworu do ogólnej liczby moli wszystkich składników tworzących roztwór. N i ni n i Suma ułamków molowych wszystkich składników roztworu równa jest jedności: N i 1 Przykład 7. Zmieszano 0,4g wodorotlenku sodu i 36g wody. Obliczyć ułamki molowe obu składników. 1mol NaOH = 40g 1mol H 2 O = 18g Liczby moli poszczególnych składników: n NaOH 0,4 0,01 40 n H 2O Całkowita liczba moli wynosi : 2 + 0,01 = 2,01 Ułamki molowe składników roztworu równe są : N NaOH 0,01 0,005 2,01 N H 2 O 2 2,01 0,995 Przykład 8. Roztwór metanolu w benzenie zawiera 40 % metanolu.wyrazić skład roztworu w ułamkach molowych. 1mol CH 3 OH = 32g 1mol C 6 H 6 = 78g Roztwór jest dwuskładnikowy i zawiera na 40 części masowych metanolu, 60 części masowych benzenu.

6 Aby określić ułamki molowe każdego ze składników należy obliczyć ich liczbę moli : n CH 3 OH 40 1,25 32 n C 6 H ,77 78 Całkowita liczba moli wynosi : 1,25 + 0,77 = 2,02 Ułamki molowe składników roztworu równe są : 1,25 N CH3OH 0,62 2,02 NC 6 H 6 0,77 0,38 2,02 Oczywiście w układzie dwuskładnikowym można obliczyć tylko jeden ułamek molowy, a drugi otrzymać przez odjęcie od jedności.

7 POMIAR GĘSTOŚCI CIECZY Do mierzenia gęstości cieczy i gazów służy areometr - urządzenie, w którym wykorzystuje się siłę wyporu z jaką ciecz lub gaz działa na zanurzone w niej ciało stałe. Istnieje wiele konstrukcji areometrów. W najprostszym wariancie (tzw. areometr obciążeniowy) jest to pusta rurka szklana, której górna wydłużona część zaopatrzona jest w specjalną skalę, część dolna w postaci bańki wypełniona jest materiałem o dużej gęstości (np. rtęć, śrut itp.), co pozwala na utrzymanie pozycji pionowej przyrządu zanurzonego w cieczy. Areometr po zanurzeniu w cieczy pływa po jej powierzchni w pozycji pionowej. Głębokość na jaką się zanurza dolna część areometru wynika z różnicy między ciężarem areometru a ciężarem wypartej przez areometr cieczy. Znając masę i objętość areometru, na podstawie głębokości na jaką się zanurzył i w oparciu o prawo Archimedesa można w przybliżeniu obliczyć gęstość analizowanej cieczy. Stosuje się różne typy areometrów : Areometr Gay-Lussaca - jest to areometr służący do bezpośredniego pomiaru gęstości cieczy. Areometr Baumé - jest to areometr, który podaje gęstość substancji w stopniach Baumé ( Bé), które w przybliżeniu odpowiadają procentowej zawartości chlorku sodu w roztworze wodnym. Areometr Baumé stosowany jest do pomiaru gęstości roztworów soli kuchennej, syropów skrobiowych, kwasu siarkowego, wodorotlenku sodu. Areometr Ballinga (lub Brixa) - jest to areometr wyskalowany w stopniach odpowiadających zawartości sacharozy w g/100g roztworu. Areometr Ballinga stosowany jest powszechnie w przetwórstwie owocowo-warzywnym, a areometr Brixa - w gorzelnictwie i cukrownictwie. Areometr Trallesa - jest to areometr, zwany alkoholomierzem, który podaje zawartość alkoholu w stopniach Trallesa ( Tr), czyli procentach objętościowych (cm³/100cm³). Areometr Oechsle - jest to areometr stosowany do pomiarów gęstości moszczu gronowego w stopniach ( Oe), które wskazują, ile gramów alkoholu można otrzymać z 1dm³ wina po całkowitym odfermentowaniu cukru. Laktodensymetr, laktometr, galaktometr, areometr służący do oznaczania gęstości mleka. Za pomocą laktodensymetru można wykryć rozcieńczenie mleka wodą. Wynalazek areometru przypisuje się Hypatii, filozofce i matematyczce greckiej żyjącej w IV wieku naszej ery.

8 Pomiar gęstości cieczy za pomocą areometru LITERATURA 1. E. Jagodzińska, T. Dziembowska, Z. Rozwadowski Ćwiczenia laboratoryjne z chemii ogólnej, Politechnika Szczecińska, Zakład Chemii Ogólnej, Szczecin M. Iwan, R. Kurpiel - Gorgol, Podstawy chemii w ćwiczeniach, Wydawnictwo Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej, Lublin 3. Z. Szponar, T. Pluciński Obliczenia z chemii ogólnej i analitycznej, Wydawnictwo Uniwersytetu Gdańskiego Gdańsk Z. Galus Ćwiczenia rachunkowe z chemii analitycznej,wydawnictwo Naukowe PWN Warszawa 2006

Podobne dokumenty

Ćwiczenie 1. Sporządzanie roztworów, rozcieńczanie i określanie stężeń

Ćwiczenie 1. Sporządzanie roztworów, rozcieńczanie i określanie stężeń Ćwiczenie 1 Sporządzanie roztworów, rozcieńczanie i określanie stężeń Stężenie roztworu określa ilość substancji (wyrażoną w jednostkach masy lub objętości) zawartą w określonej jednostce objętości lub