Способы выражения концентрации растворов

Концентрация раствора определяет отношение количества (моль) или массы (г) данного компонента в растворе к массе или объему раствора либо растворителя.

В химической практике используются различные виды выражения концентрации растворов:

1. Массовая доля или процентная концентрация вещества В, ω (B) – отношение массы данного компонента m (B) к массе всего раствора m_р-ра:

Массовая доля выражается в долях единицы или процентах1. Масса раствора складывается из массы растворителя и массы растворенных веществ (одного или нескольких).

2. Молярная доля или мольная доля вещества B, N(B) - отношение количества вещества данного компонента - n_B, содержащегося в растворе, к общему количеству всех компонентов раствора ():

.

Выражается в долях единицы или процентах¹.

В простейшем случае для системы растворитель – одно растворенное вещество: n₁ – количество вещества растворителя, моль; n₂ – количество растворенного вещества, моль. Тогда

N₁ = n₁/(n₁ + n₂) – мольная доля растворителя;

N₂ = n₂/(n₁ + n₂) – мольная доля растворенного вещества.

Сумма мольных долей N₁+N₂=1; всегда .

3. Молярная концентрация вещества B или молярность, С(B) – отношение количества данного компонента – ν_B, содержащегося в растворе, к объёму раствора V_р-ра:

.

Выражается в моль/л и обозначается буквой М. Например, С(NaCl) = 0,1 моль/л = 0,1М.

4. Молярная концентрация эквивалента вещества B или нормальная концентрация, С_э(B) – отношение количества эквивалента данного компонента– ν_{э B}, содержащегося в растворе, к объёму раствора V_р-ра:

.

Выражается в моль/л или обозначается н. Например, С_э(H₂SO₄) = 0,2 моль/л = 0,2н.

5. Моляльная концентрация вещества B или моляльность, C_т(B) - отношение количества вещества данного компонента - ν_B, содержащегося в растворе, к массе растворителя (в кг) m_р-ля:

.

Выражается в моль/кг.

6. Титр раствора по веществу В, Т(В) – отношение массы данного компонента (в граммах) - m_в, содержащегося в растворе, к объёму раствора (в мл или см³) – V_р-ра:

.

Выражается в г/мл или г/см³.

Растворимость

Способность одного вещества растворяться в другом при заданных условиях имеет количественное выражение, называемое растворимостью. Растворимость данного вещества равна его концентрации в насыщенном растворе при данной температуре. Часто растворимость дается как масса растворенного вещества в насыщенном растворе, приходящаяся на 100 г массы растворителя, или как молярная концентрация растворенного вещества в насыщенном растворе (в этом случае растворимость обозначается S, выражается в моль/л).

Насыщенным раствором называется такой раствор, который находится в динамическом равновесии с избытком растворяемого вещества. Понятие «насыщенный раствор» связано с обратимостью процесса растворения. На границе раздела фаз растворяемое вещество – раствор одновременно идут два процесса: растворение и выделение вещества из раствора (кристаллизация). Если скорости этих процессов равны, то система находится в состоянии динамического равновесия (V_р-ния=V_крист), отвечающего насыщению раствора.

Если концентрация вещества в растворе при заданных условиях меньше его растворимости, то раствор является ненасыщенным. Скорость растворения при контакте вещества с растворителем больше скорости выделения вещества из раствора (V_р-ния>V_крист).

При определенных условиях можно получить раствор, концентрация вещества в котором больше растворимости (осторожное и медленное охлаждение насыщенных при высокой температуре растворов). Такой раствор называют пересыщенным. Контакт раствора с веществом вызывает выделение вещества из раствора (V_р-ния<V_крист). Концентрация пересыщенного раствора падает до тех пор, пока не становится равной растворимости вещества при данных условиях. Пересыщенные растворы весьма неустойчивы. Простое сотрясение сосуда или введение в раствор кристаллика соли вызывает выпадение в осадок избытка растворенного вещества.

Растворимость различных веществ в воде изменяется в широких пределах. Если в 100 г воды растворяется более 10 г вещества, то такое вещество принято называть хорошо растворимым. Если растворяется менее 1 г вещества – малорастворимым, и наконец, - практически нерастворимым, если в раствор переходит менее 0,01 г вещества.

Однако абсолютно нерастворимых веществ нет. Если опустить в воду стеклянную палочку или проволочку из золота или серебра, то они в ничтожно малых количествах все же растворяются в воде. Как известно, растворы серебра или золота в воде убивают микробов. Стекло, серебро, золото - практически нерастворимые в воде вещества.

Растворимость зависит от:

- природы растворенного вещества и растворителя;

- внешних условий (температуры; давления для газообразных веществ).

Влияние на растворимость природы компонентов. При получении растворов часто выполняется эмпирическое правило: подобное растворяется в подобном (полярное – в полярном, неполярное – в неполярном). Т.е. полярные и ионные вещества хорошо растворимы в полярных растворителях (например, поваренная соль NaCl, в которой реализуется ионная связь хорошо растворяется в воде, молекулы которой полярны). Неполярные вещества хорошо растворимы в неполярных растворителях (пример: керосин растворяется в растительном масле).

Влияние на растворимость внешних условий. Поскольку растворимость характеризует истинное равновесие, для определения влияния температуры и давления на растворимость можно воспользоваться принципом Ле Шателье: характер действия Т и Р будет определятся соответственно знаком DHр и DVр, а его величина – их абсолютным значением.

Чаще всего растворимость твердых веществ при повышении температуры увеличивается (DHр>0), а жидких и газообразных – уменьшается (DHр<0).

Так как при растворении газообразных веществ в жидкости DV<0, то повышение давления, согласно принципу Ле Шателье, способствует росту растворимости газов. Эта зависимость растворимости от давления для малорастворимых веществ (газов) выражается законом Генри: растворимость газа прямо пропорциональна его парциальному давлению над раствором (, где N_В - молярная (мольная) доля газа В в растворе; p_В - парциальное давление данного газа над раствором; k - константа Генри, справочная величина).