Способы выражения состава растворов

Важной характеристикой любого раствора является его состав.

Существуют различные способы численного выражения состава раствора: массовая доля, молярная концентрация, нормальная концентрация, моляльная концентрация.

Концентрацией раствора называется содержание растворённого вещества в определённой массе или известном объёме раствора или растворителя.

Массовая доля растворённого вещества равна отношению массы растворённого вещества к общей массе раствора (ω). Массовая доля величина безразмерная.

где m_р.в.- масса растворённого вещества, г;

m_р-ра- общая масса раствора, г; m_р-ра=m_р.в. +m_р-ля

m_р-ля- масса растворителя, г.

Массовую долю можно перевести в проценты (процентную концентрацию), умножив на 100%. Процентная концентрация показывает сколько граммов растворённого вещества в 100 г раствора.

Например,20% раствор Na₂SO₄ содержит 20 г Na₂SO₄ и 80 г H₂O.

Этот способ широко распространен в технике и в быту ввиду удобства приготовления, разбавления растворов, а также практических расчетов и пересчетов в другие способы выражения концентрации. Недостатком метода является необходимость пересчета в мольные способы выражения концентрации при аналитических и стехиометрических расчетах по химическим формулам веществ и схемам химических реакций.

Молярная концентрация (молярность) равна отношению количества молей растворённого вещества к объёму раствора, выраженного в литрах.

Раствор, в 1 л которого содержится 1 моль растворённого вещества, называется молярным.

Пример:1М раствор H₂SO₄ содержит в каждом литре 1 моль Н₂SO₄ или 98г.

Это наиболее распространенный способ выражения концентрации жидких растворов в аналитической и препаративной химии, так как он предполагает быстрое приготовление растворов в мерных колбах путем добавления растворителя к определенному количеству известного раствора (так называемой аликвоте) до некоторого фиксированного объема. К недостаткам метода следует отнести низкую точность приготовления растворов (измерение объемов обычно производится с точностью в несколько процентов, в то время как взвешивание имеет точность не хуже сотых долей процентов), а также изменение молярности приготовленных растворов с изменением температуры ввиду их термического расширения.

Нормальная концентрация (нормальность) равна отношению количества эквивалентов растворенного вещества к объёму раствора в литрах.

Пример:1Н раствор H₂SO₄ содержит в каждом литре 1 эквивалент или 49 г Н₂SO₄.

По сравнению с молярностью нормальность раствора имеет то важное преимущество, что при одинаковых нормальностях реагирующих растворов объемы реагирующих растворов всегда равны, так как содержат одинаковое количество эквивалентов, а вещества реагируют в эквивалентных отношениях. Вместе с тем, нормальности растворов годятся только для однотипных реакций, так как каждое вещество имеет различные эквиваленты в различных реакциях.

Моляльная концентрация (моляльность) равна отношению количества молей растворённого вещества, содержащихся в 1000 г растворителя.

Пример:1m водный раствор H₂SO₄ содержит в каждом килограмме воды 1моль Н₂SO₄ (или 98 г Н₂SO₄).

Этот способ выражения концентрации широко применяется в теории растворов, особенно растворов электролитов, ввиду его независимости от температуры и возможности приготовления растворов с высокой точностью выражения концентрации. По этим причинам все современные справочники по растворам электролитов обычно используют моляльный способ выражения концентрации. Вся стандартизация электродных потенциалов, рН, активностей, растворимостей и других термодинамических свойств растворов приведена к единице моляльности. К недостаткам способа относится необходимость пересчета количества вещества, приходящегося на 1 кг растворителя, на массу или объем всего раствора.

Мольная доля– отношение числа молей растворенного вещества n_в к общему количеству молей раствора n_:

N_p= , где n_=n_в+n_а, где n_а – число молей растворителя.

Пример:водный раствор H₂SO₄ с молярной долей 0,2 содержит 1 моль Н₂SO₄ и 4 моль H₂O.

Этот способ выражения концентрации широко распространен в физической химии, так как прямо указывает на концентрацию частиц компонента в смеси частиц, независимо от природы и массы самих частиц. К недостаткам метода следует отнести крайне низкие численные значения ввиду обычно наблюдающегося огромного избытка легких молекул растворителя в практической области концентраций, а также неудобство при практическом применении, связанное с необходимостью пересчета в единицы массы через соответствующие молекулярные массы.

Титром раствора называют число граммов растворённого вещества в 1 см³ (мл) раствора

По концентрации растворенного вещества (условно) все растворы можно подразделить на концентрированные (с большой концентрацией растворенного вещества) и разбавленные (с малой концентрацией растворенного вещества).

Важное значение при описании свойств растворов имеет закон Генри:«Масса газа, растворяющегося при постоянной температуре в данном объёме жидкости, прямо пропорциональна парциальному давлению газа». Математически это можно записать так: С=k·р, где k – константа Генри, С – массовая концентрация газа в насыщенном растворе. Важнейшим следствием этого закона является то, что объём газа, растворяющегося при постоянной температуре в данном объёме жидкости, не зависит от его парциального давления.