Концентрация растворов.
Концентрации растворов обычно выражают в массовых (весовых) и объемных процентах, в молях и грамм – эквивалентах, содержащихся в единице объема раствора.
Концентрации приблизительных растворов большей частью выражают в массовых процентах, в точных растворах – в молях, в грамм – эквивалентах, содержащихся в одном литре раствора, или титром.
При выражении концентрации в массовых процентах указывают содержание растворенного вещества (в граммах) в 100 граммах раствора.
При приготовлении растворов кислот чаще всего указывают объемные проценты.
Концентрация раствора, выраженная в молях, содержащихся в 1 литре раствора (не растворителя) называется молярностью. Раствор, содержащий в одном литре один моль растворенного вещества, называется одномолярным (молярным). Молем (грамм – молем) какого – либо вещества называют молекулярную массу его, выраженную в граммах.
Если концентрация выражена числом грамм – эквивалентов, содержащихся в одном литре раствора, то такое выражение концентрации называется нормальностью. Грамм – эквивалентом вещества является такое количество вещества, которое в данной реакции соединяется, вытесняет или эквивалентно 1,008г водорода. Грамм – эквивалент одного и того же вещества может иметь различную величину в зависимости от химической реакции, в которой это вещество участвует. Грамм – эквивалент в реакциях замещения вычисляют путем деления молекулярной массы на основность кислоты или полученной из нее соли.
Титром называют содержание вещества в граммах в 1мл раствора.
Измельчение и смешивание.
Измельчение твердых веществ и смешивание как твердых, так и жидких веществ в практике химических лабораторий проводится часто. Все твердые материалы, поступающие в лабораторию для анализа, обязательно измельчают.
Измельчение твердых материалов можно проводить вручную или механически. Небольшие количества веществ, до 10 грамм можно измельчать вручную, но количества свыше 100 грамм измельчают механически или с помощью специальных приборов.
Ручное измельчение.
Для ручного измельчения твердых материалов применяют различные ступки: стальные, чугунные, фарфоровые и агатовые. Выбор ступки зависит от твердости вещества, которое нужно измельчить. Твердость материала, из которого сделана ступка, должна быть больше твердости измельчаемого вещества.
Чаще всего в лабораториях применяют фарфоровые ступки. Они представляют собой полушаровидную толстостенную чашку с фарфоровым пестиком. Вещество, подлежащее измельчению, насыпают с таким расчетом, чтобы ступка была заполнена не больше, чем на 1/3 объема. Осторожными ударами пестика разбивают крупные куски вещества, а затем медленно растирают круговыми движениями.
Фильтрование.
Фильтрованием называется процесс отделения мелких частиц твердого вещества от жидкости посредством пропускания взвеси через пористые материалы – фильтры.
Фильтрование при обычном давлении применяется преимущественно с целью получения прозрачного фильтрата и реже – для сбора осадка.
Факторы, влияющие на скорость фильтрования.
Размеры пор фильтра. Фильтр может полностью задержать осадок лишь в том случае, если размеры его пор меньше самых мелких частиц осадка. В то же время фильтрующий материал не должен быть слишком мелкопористым: чем он плотнее, тем меньше скорость фильтрования.
Площадь фильтрующей поверхности. Чем больше площадь фильтрующей поверхности, тем быстрее происходит процесс фильтрования.
Вязкость фильтруемой жидкости. Скорость фильтрования резко снижается с увеличением вязкости фильтруемой жидкости. Вязкие жидкости рекомендуется фильтровать по возможности в горячем виде: повышение температуры на 10°С увеличивает скорость фильтрования в 1,5 – 2 раза.
Разность давлений. Основной движущей силой процесса фильтрования является разность давлений по обеим сторонам фильтра. В простейшем случае она создается гидростатическим давлением самой разделяемой суспензии. Для интенсификации процесса в лабораторной практике чаще всего проводят фильтрование с помощью вакуума.
Характер осадка. Большое влияние на скорость фильтрования оказывает характер осадка. Аморфные и мелкокристаллические осадки, как правило, фильтруются с трудом, поскольку во – первых требуют применения мелкопористых фильтрующих материалов, а во – вторых, образуют на фильтре плотный слой, создающий значительное дополнительное сопротивление току жидкости.
Фильтрующие материалы.
Успех фильтрования определяется, прежде всего, правильным выбором фильтрующего материала. Он должен быть:
химически инертным по отношению к компонентам суспензии;
обеспечивать полное и быстрое отделение твердых частиц от жидкой фазы.
Фильтровальная бумага применяется для разделения нейтральных суспензий при температуре до 100°С. При комнатной температуре она выдерживает действие щелочей с концентрацией до 10% и разбавленных растворов минеральных кислот. Бумажные фильтры устойчивы по отношению к органическим растворителям.
О плотности фильтровальной бумаги можно судить по цвету ленты на обертке:
красная лента – быстрофильтрующие фильтры для грубых осадков;
белая или желтая ленты – бумага средней плотности;
синяя или зеленая ленты – плотные фильтры для тонких осадков.
При использовании фильтровальной бумаги рекомендуется применять складчатый фильтр, обладающий большей фильтрующей площадью. Уровень фильтруемой жидкости не должен доходить до края фильтра.
В настоящее время в распоряжении химиков имеются фильтры на основе бумаг и тканей из различных синтетических материалов – полиамидов, полиэфиров, полиэтилена и др. К преимуществам синтетических фильтровальных материалов относится их высокая механическая прочность, устойчивость к действию многих агрессивных жидкостей.
Не следует применять фильтры, материал которых неизвестен, не убедившись в их стойкости по отношению к фильтруемой суспензии.
Воронки с пористой стеклянной пластинкой можно применять для фильтрования любых жидкостей, за исключением плавиковой кислоты и горячих концентрированных растворов щелочей. После употребления такие фильтры необходимо промывать обратным током воды или путем пропускания под вакуумом жидкостей, растворяющих застрявший в порах осадок.