Количественная характеристика состава растворов

Компонентный состав раствора может изменяться в достаточно широких пределах. При работе с растворами важно знать количественный состав компонентов, в частности массовую долю растворенных веществ. Эту важную количественную характеристику всегда отмечают на этикетках химических реактивов, пищевых продуктов, лекарственных средств в форме растворов.

Виды количественных характеристик

На практике для описания растворов применяют несколько различных количественных характеристик указывающих на массовый (массовая часть, $w$), объемный (объемная часть, $\text{ф}$) мольный (мольная часть, $χ$) составы.

Наиболее часто в химии используется массовая доля $w$.

Массовая доля

Отношение массы одного вещества с массой $m$ к массе всей смеси $m$ (смеси), определяемой как

$w(X)=\frac{m(X)}{m(X)+m(S)},$

где $w(X)$ – собственно массовая доля растворенного компонента $X$;

$m(Х)$ – масса растворенного компонента $X$, г;

$m(S)$ – масса растворителя $S$, г;

$m$ (раствора) = $m (Х) + m (S)$, г.

Сумма массовых долей всех компонентов раствора равна 1.

Массовая доля также может быть выражена в процентах по массе с добавлением 100 в знаменателе (такое выражение часто называются процентами по массе).
Другие способы выражения состава смеси в безразмерном размере – мольная доля ($χ$ в единицах или процентах по молям, мол. %) и объемная доля ($\text{ф}$ в единицах или процентах по объему, об. %) формульно являются аналогичными.

Объемная доля

$\text{ф}(X)=\frac{V(X)}{V(X)+V(S)},$

где $\text{ф}(X)$ – собственно объемная доля растворенного вещества $X$;

$V(Х)$ – объем растворенного компонента –$X$, л;

$V(S)$ – объем растворителя $S$, л;

$V$(раствора) = $V(Х) + V(S)$, л.

Кроме литров, также могут использоваться и другие единицы измерения объема.

Следует заметить, что в ряде случаев истинное значение объемной доли может отличатся от расчетного, что связано с возможными химическими и физическими взаимодействиями между растворителем и растворяемым веществом. Кроме того, например в случае смеси этанола и воды, которые смешиваются во всех пропорциях, обозначение растворителя и растворенного вещества является произвольным. А объем такой смеси немного меньше суммы объемов компонентов. Таким образом, согласно вышеприведенному определению, термин «40% спирта по объему» относится к смеси из 40 объемных единиц этанола с достаточным количеством воды, чтобы получить конечный объем 100 единиц, а не смесь 40 единиц этанола с 60 единицами воды.

Мольная доля

$\chi(X)=\frac{n(X)}{n\left(X\right)+n(S)}$

где $χ(X)$ – собственно мольная доля компонента $X$;

$n(Х)$ - количество растворенного $X$, моль;

$n(S)$ - количество растворителя $S$, моль;

$n$(раствора) = $n(Х) + n(S)$, моль.

Сумма мольных долей всех компонентов раствора так же равна 1 или 100%.

Для элементарного анализа массовая доля (или массовый процентный состав) также может относиться к отношению массы одного элемента к общей массе соединения. Его можно рассчитать для любого соединения, используя его эмпирическую формулу или ее химическую формулу.

Сумма долей компонентов всегда составляет 1 или 100%.

Молярная концентрация

Кроме безразмерных характеристик расствора, применяют и некоторые размерные характеристики, такие как концентрация.

Молярная концентрация (также называемая молярностью, количественной концентрацией или концентрацией вещества) является показателем соотношения количества вещества на единицу объема раствора. В химии наиболее часто используемой единицей для молярности является количество молей на литр, имеющих единичный знак моль / л. Раствор с концентрацией 1 моль / л считается 1 молярным, обычно обозначаемым как 1 М.

Пример задачи на нахождение массовой доли

Рассмотрим пример задачи на нахождение массовой доли.

Условие.
Определить массовую долю растворимого компонента Х в растворе, при изготовлении которого было взято 40 г данного растворимого компонента и 280 мл воды.

Решение.
Масса воды в растворе равна частному от деления объема воды на ее плотность, которая всегда равна 1000 г/л или 1 г/мл:

V(воды) = 280 мл
m(воды) = 280/1= 280 г

Вычислим массу раствора. Она равна сумме масс растворителя и растворенного вещества:

m(раствора) = m(воды) + m(Х) = 280 г + 40 г = 320 г

Массовая доля $Х$ в растворе равна отношению массы растворенного вещества к общей массе раствора:

$w(Х)=\frac{m(Х)}{m\text{(раствора)}}$

$w(Х) = 40/320 = 0,125$ (или 12,5%)

Ответ.
Массовая доля растворимого компонента в приготовленном растворе составляет 0,125 (или 12,5%).

Следовательно, эти и другие типы расчетов, связанные с изготовлением растворов (разбавление, упаривание, добавление растворителя к веществу, смешивания нескольких растворов), основаны на понимании понятий «целое», «доля от целого», «раствор», «растворитель», «растворенное вещество», «кристаллогидрат» и знании соотношений между соответствующими величинами, и умении ими оперировать.

Умение вычислять массы компонентов раствора необходимы при работе в химических лабораториях и на многих производствах. Понадобятся они и в быту, чтобы изготовить растворы железного или медного купороса, растворы для засолки овощей. Получение столового уксуса разбавления уксусной эссенции также требует упоминавшихся умений.

Нужна работа по низкой цене? У нас вы можете заказать статью по химии недорого!

Тест по теме “Количественная характеристика состава растворов”