Основные способы выражения концентрации растворов

Количественный состав раствора чаще всего оценивают при помощи понятия концентрации, под которым понимают содержание растворённого вещества (в определённых единицах) в единице массы (объёма) раствора (растворителя). Основными способами выражения концентрации растворов являются следующие:

1. Массовая доля вещества w(x) - это отношение массы данного компонента x, содержащегося в системе, к общей массе этой системы:

(35)

Выражается в долях единицы или в %. Массовая доля в %показывает массу данного компонента (в граммах), которая содержится в 100 г раствора. Например, раствор NaCl с массовой долей 0,9%содержит 0,9 г NaCl и 99,1 г воды в 100 г раствора.

2. Молярная концентрация раствора С(х) - это отношение количества растворённого вещества n(х) к объёму раствора:

(36)

Молярная концентрация выражается в моль/л и показывает количество растворённого вещества, которое содержится в 1 л раствора.

3. Молярная концентрация эквивалента С( x) - это отно-шение количества эквивалента растворённого вещества n( x) к объёму раствора:

(37)

Размерность ‑ моль/л.

Химический эквивалент – это реальная или условная частица вещества, которая может замещать, присоединять или высвобождать 1 ион водорода в ионообменных реакциях.

Так же, как молекула, атом или ион, эквивалент безразмерен.

Масса одного моль эквивалента называется молярной массой эквивалента М( x).Величина называется фактором эквивалентности. Она показывает, какая доля реальной частицы вещества соответствует эквиваленту. Для правильного определения эквивалента вещества надо исходить из конкретной реакции, в которой это вещество участвует, например, в реакции взаимодействия Н3РО4 с NaOH может происходить замещение одного, двух или трех протонов:

1) H3PO4 + NaOH = NaH2PO4 + H2O;

2) H3PO4 + 2NaOH = Na2HPO4 + 2H2O;

3) H3PO4 + 3NaOH = Na3PO4 + 3H2O.

В соответствии с определением эквивалента, в 1-й реакции замещается один протон, следовательно, z = l; и молярная масса эквивалента равна молярной массе вещества. В данном случае:

.

Во 2-й реакции происходит замещение двух протонов, следовательно, молярная масса эквивалента составит половину молярной массы Н3РО4, т. e. z = 2, а . Здесь:

.

В 3-й реакции происходит замещение трёх протонов и молярная масса эквивалента составит третью часть молярной массы Н3РО4, т.е. z = 3, a . Соответственно:

.

В реакциях обмена, где непосредственно не участвуют протоны, эквиваленты могут быть определены косвенным путем, введением вспомогательных реакций, анализ результатов которых позволяет вывести правило, что z для всех реакций равен модулю суммарного зарядаобменивающихся катионов либо анионов в молекуле вещества, участвующего в конкретной химической реакции.

Примеры:

1. AlCl3 + 3AgNO3 = Al(NO3)3 + 3AgCl¯.

Для AlCl3 обменивается 1 ион Al3+ с зарядом +3, следовательно, z = 1×3 = 3. Таким образом:

Можно также сказать, что обмениваются 3 иона хлора с зарядом -1. Тогда z = 3×1 = 3 и

Для AgNO3 z = 1×1 = 1 (обменивается 1 ион Ag+ с зарядом +1 или обменивается 1 ион NO3- с зарядом -1).

2. Al2(SO4)3 + 3BaCl2 = 3BaSO4¯ + 2AlCl3.

Для Al2(SO4)3 z = 2×3 = 6 (обменивается 2 иона Al3+ с зарядом +3 или 3 иона SO42- с зарядом -2). Следовательно,

Итак, запись С( H2SO4) = 0,02 моль/л означает, что имеется раствор, в 1 л которого содержится 0,02 моль эквивалента H2SO4, а молярная масса эквивалента H2SO4 составляет при этом молярной массы H2SO4, т. е. 1 л раствора содержит H2SO4.

При факторе эквивалентности молярная концентрация эквивалента равна молярной концентрации раствора.

4. Титр Т(x) – это отношение массы растворённого вещества в г к объёму раствора в мл:

(38)

5. Моляльная концентрация (моляльность) b(х) – это отношение количества растворённого вещества к массе чистого растворителя, выраженной в кг:

(39)

6. Мольная доля N(x) – это отношение количества вещества данного компонента,содержащегося всистеме, к общему количеству веществ системы:

(40)

Выражается в долях единицы или в %.

7. Коэффициентом растворимости вещества Р(x) называют максимальную массу вещества, выраженную в граммах, которая может раствориться в 100 г растворителя.