2. Способы выражения концентрации растворов

Массовая концентрация, массовая доля  – отношение массы растворенного вещества m[X] к массе всего раствора m[S]

Массовая доля выражается в долях единицы или процентах.

Пример. 5%-ный раствор серной кислоты в 100 граммах раствора содержит 5 грамм H₂SO₄ и 95 грамм растворителя – воды.

Молярная концентрация, молярность С_М (М) – число молей растворенного вещества n[X], содержащегося в 1 л раствора V[S]

[моль/л; моль/см³]

Различают обозначения:

0,1М – децимолярный;

0,01М – сантимолярный (0,02М – двусантимолярный);

0,001М – милимолярный.

Пример. 1,5М раствор H₂SO₄ или С_М = 1,5 моль/л H₂SO₄

В 1000 мл раствора содержится 1,5 моля серной кислоты или

в 1 л раствора содержится 1,5  98 = 147 г, где 98 – молярная масса серной кислоты.

Для пересчета молей в граммы используем молярную массу вещества.

Пример. Определите массу нитрата натрия, которая требуется для приготовления 2 л децимолярного раствора.

В 1 л раствора содержится С_М  М [X] = 0,1  85 = 8,5 г NaNO₃

Составим пропорцию:

в 1 л раствора содержится 8,5 г NaNO₃

в 2 л раствора содержится х г NaNO₃

Тогда х = 17 г нужно взять, чтобы приготовить 2 л 0,1М раствора.

Эквивалентная концентрация, нормальность C_Н  число эквивалентов растворенного вещества n_Е, содержащихся в 1 л раствора V[S]

[экв/л; моль/л]

Различают обозначения:

0,1н – децинормальный;

0,01н – сантинормальный;

0,001н – милинормальный.

Если в растворе содержится 1 эквивалент вещества, то это 1н раствор.

Один эквивалент весит эквивалентную массу.

Пример. 0,75н раствор H₂SO₄ или C_Н = 0,75 моль/л H₂SO₄

В 1000 мл раствора содержится 0,75 моль серной кислоты или

в 1 л раствора содержится 0,75  49 = 36,75 г, где 49 – эквивалентная масса серной кислоты.

В общем виде:

в 1 л раствора содержится С_Н  М_Э[X]

в заданном V[S] раствора содержится х г

Моляльная концентрация, моляльность C_m – число молей растворенного вещества n[X], приходящихся на 1 кг растворителя m_P

[моль/кг]

Пример. 2m раствор H₂SO₄

2 моля приходятся на 1000 г растворителя (т.е. воды)

C_m  М[X] приходятся на 1000 г растворителя

Титр Т – показывает количество граммов растворенного вещества m[X], содержащихся в 1 мл раствора V[S]

[г/мл]

Пример. Титр раствора равен 0,0036 г/мл.

Это значит, что в 1 мл раствора содержится 0,0036г растворенного вещества.

Если растворы имеют разную нормальность, то применяют:

Закон эквивалентов для растворов

Объемы реагирующих веществ обратно пропорциональны их нормальностям.

1. Процессы, происходящие при растворении веществ

Менделеев, посвятивший исследованиям растворов более сорока лет, первым указал, что в реальном растворе могут существовать не только частицы растворенного вещества и растворителя (Н₂+Н₂О, О₂+Н₂О, N₂+Н₂О), но часто может происходить химическое или физическое взаимодействие частиц растворяемого вещества с растворителем. Это легло в основу разработанной им гидратной теории растворов. Так, положительные и отрицательные ионы, имеющиеся в кристаллической решетке солей, могут за счет электростатического взаимодействия притягиваться к противоположно заряженным полюсам молекул растворителя.

Например, при растворении солей их катионы и анионы по закону электролитического взаимодействия могут притягивать или отталкивать полярные молекулы воды

[+(Н₂О)–]…Na⁺…[–(Н₂О)+]

[–(Н₂О)+]…Cl^–…[+(Н₂О)–]

В результате таких столкновений ионы соли могут быть окружены одним или несколькими слоями молекул воды Молекул, которые получили название «гидратных оболочек».

Такие взаимодействия в ряде случаев приводят к глубоким химическим взаимодействиям и завершаются образованием соединений растворенного вещества с молекулами воды, эти соединения называются гидратами. Часто гидратная вода оказывается прочно связанной с веществом и при выделении его из раствора входит в состав его кристаллов.

Так безводный сульфат меди белого цвета, а кристаллогидрат сульфата меди – синий.

Растворение различных веществ сопровождается выделением или поглощением тепла. Это физико-химическое явление состоит из двух стадий:

1. разрушение кристаллической решетки

NaCl_кр NaCl_раст

Этот процесс требует затрат энергии (эндотермический процесс).  _{фаз.пер.}

Эта стадия при растворении газов в жидком растворителе отсутствует, т.к. они не имеют кристаллической решетки.

2. равномерное распределение частиц вещества по всему объему раствора.

Молекулы растворенного вещества могут взаимодействовать с молекулами воды, что приводит к образованию гидратов. При этом в системе наблюдается возникновение новых связей, поэтому эта стадия является экзотермической.  _{гидрат.}

Суммарный тепловой эффект:

 _ратв. =  _{фаз.пер.} +  _{гидрат.}