Chemische concentratie Manieren om het uit te drukken, eenheden, molaliteit en molariteit

de chemische concentratie is de numerieke maat van de relatieve hoeveelheid opgeloste stof in een oplossing. Deze maat drukt een relatie uit van de opgeloste stof met betrekking tot een hoeveelheid of volume van het oplosmiddel of van de oplossing in eenheden van concentratie. De term "concentratie" is gekoppeld aan de hoeveelheid opgeloste stof: een oplossing zal meer geconcentreerd zijn terwijl meer opgeloste stoffen aanwezig zijn.

Deze eenheden kunnen fysiek zijn wanneer rekening wordt gehouden met de massa's en / of het volume van de componenten van de oplossing of chemicaliën, wanneer de concentratie van de opgeloste stof wordt uitgedrukt in mol of equivalenten, uitgaande van het aantal Avogadro.

Door het gebruik van moleculaire of atomaire gewichten en het aantal Avogadro is het dus mogelijk om de fysieke eenheden om te zetten in chemische eenheden wanneer ze de concentratie van een bepaalde opgeloste stof tot expressie brengen. Daarom kunnen alle eenheden voor dezelfde oplossing worden geconverteerd.

index

• 1 Oplossingen verdund en geconcentreerd
• 2 Manieren om concentratie te uiten
  • 2.1 Kwalitatieve beschrijving
  • 2.2 Indeling door oplosbaarheid
  • 2.3 Kwantitatieve notatie
• 3 concentratie-eenheden
  • 3.1 Eenheden van relatieve concentratie
  • 3,2 eenheden verdunde concentratie
  • 3.3 Concentratie-eenheden op basis van moedervlekken
  • 3.4 Formaliteit en normaliteit
• 4 Molariteit
  • 4.1 Oefening 1
  • 4.2 Oefening 2
• 5 Normaliteit
  • 5.1 Berekening
  • 5.2 Oefening 1
• 6 Molality
  • 6.1 Oefening 1
• 7 Aanbevelingen en belangrijke opmerkingen over chemische concentratie
  • 7.1 Het volume van de oplossing is altijd groter dan dat van het oplosmiddel
  • 7.2 Nut of Molarity
  • 7.3 De formules worden niet onthouden, maar de eenheden of definities zijn dat wel
• 8 Referenties 

Oplossingen verdund en geconcentreerd

Hoe kan het worden opgemerkt als een concentratie zeer verdund of geconcentreerd is? Op het eerste gezicht door de manifestatie van een van zijn organoleptische of chemische eigenschappen; dat wil zeggen, degenen die de zintuigen waarnemen of die kunnen worden gemeten.

De bovenste afbeelding toont een verdunning van een kaliumdichromaatconcentratie (K.₂Cr₂O₇), die een oranje kleur vertoont. Van links naar rechts kunt u zien hoe de kleur zijn intensiteit afneemt als de concentratie wordt verdund, waardoor er meer oplosmiddel wordt toegevoegd.

Deze verdunning maakt het mogelijk om op deze manier een verdunde concentratie van een geconcentreerde te verkrijgen. Kleur (en andere "verborgen" eigenschappen in zijn oranje boezem) verandert op dezelfde manier als zijn concentratie, hetzij met fysieke of chemische eenheden.

Maar wat zijn de chemische concentratie-eenheden? Hieronder vallen de molariteit of molaire concentratie van een oplossing, die het aantal mol opgeloste stof in het totale volume van de oplossing in liters.

Je hebt ook de molaliteit of ook bekend als moleconcentratie, die verwijst naar de mol van de opgeloste stof maar die zijn opgenomen in een gestandaardiseerde hoeveelheid van het oplosmiddel of oplosmiddel dat precies één kilogram is.

Dit oplosmiddel kan zuiver zijn of als de oplossing meer dan één oplosmiddel bevat, zal de molaliteit het aantal mol van de opgeloste stof per kilogram van het oplosmiddelmengsel zijn.

En de derde eenheid van chemische concentratie is de normaliteit of normale concentratie van een oplossing die het aantal chemische equivalenten van de opgeloste stof per liter van de oplossing weergeeft.

De eenheid waarin normaliteit wordt uitgedrukt, is in equivalenten per liter (Eq / L) en in de geneeskunde is de concentratie van elektrolyten in menselijk serum uitgedrukt in milli-equivalenten per liter (mEq / L).

Manieren om concentratie te uiten

De concentratie van een oplossing kan op drie belangrijke manieren worden aangegeven, zelfs als ze een grote verscheidenheid aan termen en eenheden op zichzelf hebben, die kunnen worden gebruikt om de maat van deze waarde uit te drukken: de kwalitatieve beschrijving, de kwantitatieve notatie en de classificatie in termen van oplosbaarheid.

Afhankelijk van de taal en context waarin u werkt, kiest u een van de drie manieren om de concentratie van een mengsel uit te drukken.

Kwalitatieve beschrijving

Gebruikt hoofdzakelijk in informele en niet-technische taal, wordt de kwalitatieve beschrijving van de concentratie van een mengsel uitgedrukt in de vorm van bijvoeglijke naamwoorden, die op een gegeneraliseerde manier het concentratieniveau aangeven dat een oplossing heeft..

Op deze manier is het minimale concentratieniveau volgens de kwalitatieve beschrijving dat van een "verdunde" oplossing, en het maximum is "geconcentreerd".

We spreken van verdunde oplossingen wanneer een oplossing een zeer laag aandeel opgeloste stof heeft, afhankelijk van het totale volume van de oplossing. Als u een oplossing wilt verdunnen, moet u een grotere hoeveelheid oplosmiddel toevoegen of op zoek gaan naar manieren om de opgeloste stof te verminderen.

Nu praten we over geconcentreerde oplossingen als ze een hoog percentage opgeloste stoffen hebben, afhankelijk van het totale volume van de oplossing. Om een ​​oplossing te concentreren, voeg meer opgeloste stof toe of verminder de hoeveelheid oplosmiddel.

In die zin wordt kwalitatieve beschrijving deze classificatie genoemd, niet alleen omdat het geen mathematische metingen heeft, maar vanwege zijn empirische kwaliteit (kan worden toegeschreven aan visuele kenmerken, geuren en smaken, zonder de noodzaak van wetenschappelijk bewijs).

Indeling op basis van oplosbaarheid

De oplosbaarheid van een concentratie geeft de maximale capaciteit van de opgeloste stof aan die een oplossing heeft, afhankelijk van omstandigheden zoals temperatuur, druk en stoffen die zijn opgelost of gesuspendeerd.

De oplossingen kunnen in drie soorten worden ingedeeld op basis van hun niveau opgeloste stof ten tijde van de meting: onverzadigde, verzadigde en oververzadigde oplossingen.

- Onverzadigde oplossingen zijn oplossingen die een kleinere hoeveelheid opgeloste stof bevatten waaruit de oplossing kan oplossen. In dit geval heeft de oplossing zijn maximale concentratie niet bereikt.

- Verzadigde oplossingen zijn die waarbij de maximale hoeveelheid opgeloste stof is opgelost in het oplosmiddel bij een specifieke temperatuur. In dit geval is er een balans tussen beide stoffen en kan de oplossing niet meer opgeloste stoffen accepteren (aangezien dit zal neerslaan).

- Oververzadigde oplossingen hebben meer opgeloste stoffen dan de oplossing zou accepteren onder evenwichtsomstandigheden. Dit wordt bereikt door een verzadigde oplossing te verwarmen, waardoor meer opgeloste stoffen worden toegevoegd dan normaal. Zodra het eenmaal koud is, zal het de opgeloste stof niet automatisch neerslaan, maar een verstoring kan dit effect veroorzaken vanwege de instabiliteit ervan.

Kwantitatieve notatie

Op het moment dat een oplossing wordt bestudeerd die op technisch of wetenschappelijk gebied moet worden gebruikt, is een precisie gemeten en uitgedrukt in eenheden vereist, die de concentratie volgens de exacte massa- en / of volumewaarden beschrijft.

Dat is de reden waarom er een reeks eenheden wordt gebruikt om de concentratie van een oplossing in zijn kwantitatieve notatie tot uitdrukking te brengen, die verdeeld is in fysiek en chemisch, en die op hun beurt hun eigen onderverdelingen hebben..

De eenheden van fysieke concentraties zijn die van "relatieve concentratie", die worden uitgedrukt in percentages. Er zijn drie manieren om percentages uit te drukken: massapercentages, volumepercentages en massapercentages.

Daarentegen zijn eenheden van chemische concentraties gebaseerd op de molhoeveelheden, equivalenten per gram, delen per miljoen en andere kenmerken van de opgeloste stof met betrekking tot de oplossing.

Deze eenheden zijn de meest gebruikelijke voor hun hoge precisie bij het meten van concentraties, en dit is de reden waarom ze meestal degenen zijn die je wilt kennen om met chemische oplossingen te werken.

Eenheden van concentratie

Zoals in de vorige paragrafen is beschreven, moeten de berekeningen voor de berekening van de concentratie van een oplossing kwantitatief worden bepaald door de bestaande eenheden voor dat doel..

Ook zijn de concentratie-eenheden verdeeld in die van relatieve concentratie, die van verdunde concentraties, die op basis van mol en andere extra eenheden..

Eenheden van relatieve concentratie

De relatieve concentraties zijn die uitgedrukt in percentages, zoals vermeld in de vorige paragraaf. Deze eenheden zijn verdeeld in het massa- massapercentage, het volume-volumepercentage en het massa- volumepercentage en worden als volgt berekend:

- % massa = massa van de opgeloste stof (g) / massa van de totale oplossing (g) x 100

- % volume = volume opgeloste stof (ml) / volume totale oplossing (ml) x 100

- % massa / volume = opgeloste massa (g) / totaal oplossingsvolume (ml) x 100

In dit geval moet voor het berekenen van de massa of het volume van de totale oplossing de massa of het volume van de opgeloste stof worden opgeteld bij die van het oplosmiddel.

Eenheden met een verdunde concentratie

De eenheden met verdunde concentratie zijn die welke worden gebruikt voor het uitdrukken van die zeer kleine concentraties die in de vorm van sporen binnen een verdunde oplossing zijn; Het meest voorkomende gebruik dat aan deze eenheden wordt gegeven, is het vinden van sporen van een opgelost gas in een ander, als de agentia die de lucht vervuilen.

Deze eenheden worden aangegeven in de vorm van delen per miljoen (ppm), delen per miljard (ppb) en delen per biljoen (ppt) en worden als volgt uitgedrukt:

- ppm = 1 mg opgeloste stof / 1 L oplossing

- ppb = 1 μg opgeloste stof / 1 L oplossing

- ppt = 1 ng opgeloste stof / 1 L oplossing

In deze uitdrukkingen is mg gelijk aan milligram (0,001 g), μg is gelijk aan microgram (0,000001 g) en ng is gelijk aan nanogram (0,000000001 g). Deze eenheden kunnen ook worden uitgedrukt in volume / volume.

Eenheden van concentratie volgens moedervlekken

De eenheden van concentratie op basis van molen zijn die van de molaire fractie, het molpercentage, de molariteit en de molaliteit (deze laatste twee zijn beter beschreven aan het eind van het artikel).

De molfractie van een stof is de fractie van al zijn samenstellende moleculen (of atomen) als een functie van de totale moleculen of atomen. Het wordt als volgt berekend:

X_Een = aantal mol van stof A / totaal aantal molen in oplossing

Deze procedure wordt herhaald voor de andere stoffen in oplossing, rekening houdend met het feit dat de som van X_Een + X_B + X_C ... moet gelijk zijn aan één.

Het molpercentage werkt op dezelfde manier als X_Een, alleen dat, afhankelijk van het percentage:

Molair percentage van A = X_Een x 100%

In het laatste deel zullen molariteit en molaliteit in detail worden besproken.

Formaliteit en normaliteit

Ten slotte zijn er twee concentratie-eenheden die momenteel in onbruik zijn: formaliteit en normaliteit.

De formaliteit van een oplossing vertegenwoordigt het gewicht-formule-gram aantal per liter totale oplossing. Het wordt uitgedrukt als:

F = Nr. P.F.G / L-oplossing

In deze uitdrukking is P.F.G gelijk aan het gewicht van elk atoom van de stof, uitgedrukt in grammen.

In plaats daarvan vertegenwoordigt normaliteit het aantal opgeloste equivalenten gedeeld door de liters oplossing, zoals hieronder weergegeven:

N = equivalente gram oplossing opgeloste stof / L

In deze uitdrukking kunnen de equivalente grammen opgeloste stof worden berekend door het aantal molen H⁺, OH^- of andere methoden, afhankelijk van het type molecuul.

molariteit

De molariteit of molaire concentratie van een opgeloste stof is de eenheid van chemische concentratie die de molen van de opgeloste stof (n) tot expressie brengt of relateert die zich in één (1) liter (L) van de oplossing bevindt.

De molariteit wordt aangeduid door de hoofdletter M en om het aantal mol van de opgeloste stof (n) te bepalen, worden de grammen van de opgeloste stof (g) gedeeld door het molecuulgewicht (MW) van de opgeloste stof.

Ook wordt het moleculair gewicht PM van de opgeloste stof verkregen uit de som van de atoomgewichten (PA) of atomaire massa van de chemische elementen, rekening houdend met de verhouding waarin zij combineren om de opgeloste stof te vormen. Verschillende soluuto's hebben dus hun eigen parlementsleden (hoewel dit niet altijd het geval is).

Deze definities zijn samengevat in de volgende formules die worden gebruikt om de bijbehorende berekeningen uit te voeren:

Molariteit: M = n (aantal opgeloste stoffen) / V (liter oplossing)

Aantal mol: n = g opgeloste stof / PM opgeloste stof

Oefening 1

Bereken de molariteit van een oplossing die is bereid met 45 g Ca (OH)₂ opgelost in 250 ml water.

Het eerste dat moet worden berekend, is het molecuulgewicht van Ca (OH)₂ (calciumhydroxide). Volgens de chemische formule is de verbinding een calciumkation en twee oxidatie-anionen. Hier is het gewicht van een elektron kleiner of aanvullend op de soort verwaarloosbaar, dus de atoomgewichten zijn genomen:

Het aantal mol van de opgeloste stof zal dan zijn:

n = 45 g / (74 g / mol)

n = 0,61 mol Ca (OH)₂

Er wordt 0,61 mol van de opgeloste stof verkregen, maar het is belangrijk om te onthouden dat deze moedervlekken worden opgelost in 250 ml oplossing. Omdat de definitie van molariteit mol is in een liter of 1000 ml, dan moet een eenvoudige regel van drie worden gemaakt om de moedervlekken te berekenen die in 1000 ml van de oplossing zijn

Als er in 250 ml oplossing => 0,61 mol opgeloste stof is

           In 1000 ml oplossing => x Hoeveel mollen zijn er??

x = (0,61 mol) (1000 ml) / 250 ml

X = 2,44 M (mol / L)

Een andere manier

De andere manier om de mollen te verkrijgen om de formule toe te passen, vereist dat je de 250 ml naar liters neemt, waarbij je ook een regel van drie toepast:

Als 1000 ml => 1 liter zijn

250 ml => x Hoeveel liter is dat?

x = (250 ml) (1 L) / 1000 ml

x = 0,25 L

Vervangen door dan in de Molarity-formule:

M = (0,61 mol opgeloste stof) / (0,25 L oplossing)

M = 2,44 mol / L

Oefening 2

Wat betekent het dat een HCl-oplossing 2,5 M is?

De HCl-oplossing is 2,5 molair, wat betekent dat één liter ervan 2,5 mol zoutzuur heeft opgelost.

normaliteit

De normaliteit of equivalente concentratie is de eenheid van chemische concentratie van de oplossingen die wordt aangeduid met de hoofdletter N. Deze concentratie geeft de reactiviteit van de opgeloste stof aan en is gelijk aan het aantal opgeloste equivalenten (Eq) tussen het volume van de oplossing, uitgedrukt in liters.

N = Eq / L

Het aantal equivalenten (Eq) is gelijk aan de grammen opgeloste stof tussen het equivalentgewicht (PEq).

 Eq = g opgeloste stof / PEq

Het equivalentgewicht, of ook bekend als gramequivalent, wordt berekend door het molecuulgewicht van de opgeloste stof te verkrijgen en deze te delen door een equivalente factor die voor de samenvatting in de vergelijking de zeta-delta (ΔZ) wordt genoemd.

PEq = PM / ΔZ

berekening

De berekening van normaliteit zal een zeer specifieke variatie in de equivalente factor of ΔZ hebben, die ook afhangt van het type chemische reactie waaraan de opgeloste stof of reactieve soort deelneemt. Sommige gevallen van deze variatie kunnen hieronder worden vermeld:

-Als het een zuur of base, ΔZ of de equivalente factor is, zal het gelijk zijn aan het aantal waterstofionen (H.⁺)  of OH hydroxyl^- heb de opgeloste stof. Zwavelzuur (H.₂SW₄) heeft twee equivalenten omdat het twee zure protonen heeft.

-Als het gaat om oxidatie-reductiereacties zal AZ overeenkomen met het aantal elektronen dat betrokken is bij het oxidatie- of reductieproces, afhankelijk van het specifieke geval. Hier komt het evenwicht tussen de chemische vergelijkingen en de specificatie van de reactie in het spel.

-Ook zal deze equivalente factor of AZ gelijk zijn aan het aantal ionen dat neerslaat in de reacties geclassificeerd als precipitatie.

Oefening 1

Bepaal de normaliteit van 185 g Na₂SW₄ die in 1,3 liter oplossing zitten.

Het molecuulgewicht van de opgeloste stof van deze oplossing wordt eerst berekend:

De tweede stap is om de equivalente factor of ΔZ te berekenen. In dit geval is, omdat natriumsulfaat een zout is, de valentie of lading van het kation of metaal Na⁺, die wordt vermenigvuldigd met 2, wat het subscript is van de chemische formule van het zout of de opgeloste stof:

na₂SW₄ => ΔZ = Valencia Kation x Subindex

ΔZ = 1 x 2

Om het equivalente gewicht te verkrijgen, wordt het in de bijbehorende vergelijking vervangen:

 PEq = (142,039 g / mol) / (2 Eq / mol)

 PEq = 71,02 g / Eq

En dan kunt u doorgaan met het berekenen van het aantal equivalenten, opnieuw gebruikmakend van een andere eenvoudige berekening:

Eq = (185 g) / (71,02 g / Eq)

Aantal equivalenten = 2.605 Eq

Tot slot, met alle nodige gegevens, wordt normaliteit nu berekend door substitutie volgens de definitie:

 N = 2,605 Eq / 1,3 L

N = 2,0 N

molaliteit

Molaliteit wordt aangeduid door de kleine letter m en is gelijk aan het aantal mol opgeloste stof dat aanwezig is in één (1) kilogram van het oplosmiddel. Het wordt ook een molale concentratie genoemd en wordt berekend met de volgende formule:

m = mol opgeloste stof / Kg oplosmiddel

Terwijl de Molariteit de relatie van het aantal mol opgeloste stof in één (1) liter van de oplossing vaststelt, relateert de molaliteit de aantallen opgeloste stoffen in één (1) kilogram oplosmiddel.

In die gevallen dat de oplossing wordt bereid met meer dan één oplosmiddel, zal de molaliteit hetzelfde uitdrukken als de molen van de opgeloste stof per kilogram van het mengsel van de oplosmiddelen.

Oefening 1

Bepaal de molaliteit van een oplossing die werd bereid door 150 g sucrose (C.₁₂H₂₂0₁₁) met 300 g water.

Het molecuulgewicht van de sucrose wordt eerst bepaald om verder te gaan met het berekenen van de molen van de opgeloste stof van deze oplossing:

Het aantal mol sucrose wordt berekend:

n = (150 g sucrose) / (342.109 g / mol)

n = 0,438 mol sucrose

Nadat de grammen oplosmiddel naar kilogram zijn gebracht om de uiteindelijke formule toe te passen.

Vervanging daarna:

m = 0,438 mol sucrose / 0,3 kilogram water

m = 1,46 mol C₁₂H₂₂0₁₁/ Kg H₂O

Hoewel er momenteel een debat is over de uiteindelijke uitdrukking van molaliteit, kan dit resultaat ook worden uitgedrukt als:

1,26 m₁₂H₂₂0₁₁ of 1,26 molal

Het wordt in sommige gevallen als voordelig beschouwd om de concentratie van de oplossing in termen van molaliteit tot expressie te brengen, omdat de massa's van de opgeloste stof en het oplosmiddel niet lijden aan kleine fluctuaties of onduidelijke veranderingen als gevolg van effecten van temperatuur of druk; zoals het doet in oplossingen met gasvormige opgeloste stof.

Bovendien wordt erop gewezen dat deze eenheid van concentratie die verwijst naar een specifieke opgeloste stof onveranderd blijft door het bestaan ​​van andere opgeloste stoffen in de ontbinding.

Aanbevelingen en belangrijke opmerkingen over chemische concentratie

Het volume van de oplossing is altijd groter dan dat van het oplosmiddel

Naarmate de oplossing oefeningen worden opgelost, ontstaat de fout van het interpreteren van het volume van een oplossing alsof het het oplosmiddel was. Als één gram chocoladepoeder bijvoorbeeld in één liter water wordt opgelost, is het volume van de oplossing niet gelijk aan dat van één liter water.

Waarom niet? Omdat de opgeloste stof altijd ruimte inneemt tussen de oplosmiddelmoleculen. Wanneer het oplosmiddel een hoge affiniteit voor de opgeloste stof heeft, kan de volumeverandering na oplossen lachwekkend of verwaarloosbaar zijn.

Maar als dat niet zo is, en zelfs meer als de hoeveelheid opgeloste stof groot is, moet rekening worden gehouden met de volumewijziging. Zo zijn: Vsolvente + Vsoluto = Vsolución. Alleen in verdunde oplossingen of waar de hoeveelheden opgeloste stof klein zijn, is geldig Vsolvente = Vsolution.

Deze fout moet vooral in acht worden genomen bij het werken met vloeibare opgeloste stoffen. Als bijvoorbeeld in plaats van chocoladepoeder wordt opgelost, honing wordt opgelost in alcohol, dan heeft het toegevoegde volume honing een significant effect op het totale volume van de oplossing..

Daarom moet in deze gevallen het volume van de opgeloste stof worden toegevoegd aan dat van het oplosmiddel.

Nut of Molarity

-Het kennen van de molariteit van een geconcentreerde oplossing maakt berekeningen verdunning met de eenvoudige formule M1V1 = M2V2 waarbij M1 overeenkomt met de oorspronkelijke molariteit van de oplossing en M2 de molariteit van de oplossing worden bereid uit de oplossing M1.

-Als u de Molariteit van een oplossing kent, kunt u eenvoudig de normaliteit van de oplossing berekenen met behulp van de volgende formule: Normaliteit = aantal equivalenten x M

De formules worden niet onthouden, maar de eenheden of definities zijn dat wel

Soms herinnert geheugen echter niet alle vergelijkingen die relevant zijn voor concentratieberekeningen. Hiervoor is het erg handig om een ​​duidelijke definitie van elk concept te hebben.

Van de definitie worden de eenheden geschreven met behulp van de conversiefactoren om die uit te drukken die overeenkomen met wat je wilt bepalen.

Als u bijvoorbeeld de molaliteit heeft en deze naar normaal wilt converteren, gaat u als volgt te werk:

(mol / kg oplosmiddel) x (kg / 1000 g) (g oplosmiddel / ml) (ml oplosmiddel / ml oplossing) (1000 ml / L) (Eq / mol)

Merk op dat (g oplosmiddel / ml) de dichtheid van het oplosmiddel is. De term (ml oplosmiddel / ml oplossing) verwijst naar hoeveel volume van de oplossing eigenlijk overeenkomt met het oplosmiddel. In veel oefeningen is deze laatste term om praktische redenen gelijk aan 1, hoewel het nooit helemaal waar is.

referenties

1. Introductory Chemistry- 1^st Canadese editie. Kwantitatieve eenheden van concentratie. Hoofdstuk 11 Oplossingen. Genomen uit: opentextbc.ca
2. Wikipedia. (2018). Equivalente concentratie Genomen uit: en.wikipedia.org
3. PharmaFactz. (2018). Wat is molariteit? Genomen uit: pharmafactz.com
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemie. (8e druk). CENGAGE Learning, p 101-103, 512, 513.
5. Waterige oplossingen - Molariteit. Genomen uit: chem.ucla.edu
6. Quimicas.net (2018). Voorbeelden van normaliteit. Teruggeplaatst van: quimicas.net.