4. Способы выражения концентраций

Концентрация раствора – отношение количеств (масс, объемов) растворенного вещества и раствора или растворителя.

Процентный способ выражения концентрации – указывает, какой процент растворенного вещества находится в растворе. При этом различают массовую и объемную процентные концентрации. Массовая доля компонента в растворе , содержащем К компонентов, определяется по формуле

С_i-ro = g_i/(g₁+g₂+….+g_n) (1)

где g_i,1,2,к - количество компонента, выраженное в граммах, килограм­мах и других единицах массы.

Массовая процентная концентрация определяется по формуле

С_i-ro% = 100*Сi (2)

Она как правило используется при определении химического состава жидких и твердых веществ при разработке материальных балансов технологических процессов, при технологических растворах в ряде основных отраслей промышленности (горнодобывающая, машиностроение). Объемное соотношение компонентов раствора выражается в объемных процентах и в объемных долях. Этот способ применяют в отдельных случаях и к отдельным смесям (растворы и газовые смеси). Объемная доля i-того компонента:

φi= V_i/(V₁+V₂+….V_n) (3)

где V _i,1,2,n – объемы компонентов.

Объемный процент равен φi =100*φi.

Переход от объемных к массовым концентрациям осуществляется по формуле:

gi = ρ_iVi, (4)

где ρ_i - плотность i-ro компонента.

В экологии и в некоторых других науках концентрации выражаются как количество массы растворенного вещества в единице объема (г/л, г/куб.м) или единицей массы раствора или растворителя (мг/кг, г/т). То есть в таких единицах выражают ПДК, выбросы и сбросы веществ, загрязняющих атмосферу, воду, почву и так далее.

В микроэлектронике и производстве сверхчистых материалов концентрации примесей выражают числом их атомов, приходящихся на 1 млн. или 1 млрд. атомов основного вещества.

Мольная доля i-ro компонента равна отношению числа его молей n_i к сумме молей всех k компонентов рас­твора. Она определяется по формуле:

N_i=n_i/(n₁+n₂+…+n_k) (5)

n_i = gi/Mi (6)

Мольная масса для идеальных газов может быть выражена так же через их парциальное давление и общее давление смеси

N_i=р_i/(р₁+р₂+…+р_k) = pi/p (7)

Мольный процент равен N_i = 100*N_i. При переходе от мольных долей и мольных процентов к массовым и объемным долям и соответ­ствующим процентам необходимо использовать формулы (4) и (5).

Молярная концентрация выражается числом молей растворенного вещества в одном литре раствора, в одном литре которого присутствует 1 моль вещества. Если в одном литре раствора содержится 0,1моль раствора вещества, то раствор называют децимолярным, если 0,01моль вещества, то сантимолярным и т.д.

Молярная концентрация зависит от температуры, так как объ­ем раствора изменяется вследствие термического расширения. Поэтому часто используют моляльные концентрации, величина которых от тем­пературы не зависит.

Моляльность - концентрация, выраженная числом молей рас­творенного вещества в 1000 г растворителя.

Между молярной долей и моляльностью m_i-ro компонента существует соотношение: Ni= m_i /( m_i +1000/M) (8)

где М - молярная масса растворителя;

m – число молей растворенного вещества.

Нормальная концентрация, или нормальность раствора, вы­ражается числом химических эквивалентов вещества, содержащихся в 1 л раствора. Эквивалент есть отношение молярной массы вещества к его валентности n. Раствор, в 1 литре которого содержится 1 эквивалент растворенного вещества, называют нормальным. Если в 1 литре раствора содержится 0,1эквивалента вещества, то раствор децинормальный. Для веществ с валентностью равной 1 молярные и нормальные концентрации совпадают.

Титр раствора - это количество граммов вещества, содер­жащееся в 1 мл раствора, рассчитывается по формуле:

T=n*Э/1000 (9)

Титрованные растворы широко применяют в аналитической химии. Нормальность, титр и молярность зависят от температуры.