Способы выражения концентрации растворов

Концентрацией раствора называется отношение массы, количества растворенного вещества к определенной массе или объему раствора или растворителя.

1. Массовая доля растворенного вещества в растворе w – это отношение массы растворенного вещества к массе раствора. Она может выражаться в долях от единицы (формула 1.1) или в процентах (формула 1.2).

(1.1)

(1.1а)

Массовую долю растворенного вещества, выраженную в процентах, называют процентной концентрацией. Процентная концентрация показывает, сколько граммов вещества содержится в 100 г раствора. Например, 15%-ный раствор – это такой раствор, в 100 г которого содержится 15 г вещества.

2. Моляльная концентрация (моляльность) С_m – количество растворенного вещества (моль), содержащееся в единице массы растворителя (кг).

(1.2) .

3. Молярная концентрация (молярность) С_М – это количество растворенного вещества (моль), содержащееся в единице объема раствора (л).

(1.3) .

С учетом , формула (1.3) приобретает вид

(1.4),

где m – масса растворенного вещества, г,

М – молярная масса растворенного вещества, г/моль,

V – объем раствора, л.

Используется сокращенная форма указания молярной концентрации, например, 0,5М – раствор с концентрацией 0,5 моль/л.

Раствор, содержащий 1 моль вещества в 1 литре раствора, называется одномолярным (1М). Децимолярный раствор (0,1М) содержит 0,1 моль в 1 литре, сантимолярный раствор (0,01М) – 0,01 моль в 1 литре, миллимолярный – 0,001 моль в 1 литре раствора.

4. Молярная концентрация эквивалента С_Н – число моль-эквивалентов растворенного вещества в единице объема раствора.

(1.5) .

Сокращенное обозначение единиц молярной концентрации эквивалента – н (нормальность). Раствор, содержащий 1 моль-экв. вещества в 1 литре, называется однонормальным 1 н. Децинормальный раствор (0,1н) содержит 0,1 моль-экв. в 1 литре, сантинормальный раствор (0,01н) – 0,01 моль-экв. в 1 литре раствора.

Понятие «эквивалент» подразумевает равноценный, равнозначный. Под химическим эквивалентом понимают количество вещества, равноценное количеству другого вещества в химической реакции. За эталон химического эквивалента принимают 1 моль атомов водорода или ¹/₂ моль атомов кислорода. Тогда, эквивалент элемента или сложного вещества – это такое его количество, которое может взаимодействовать (присоединяться или замещаться) с одним молем атомов водорода или ¹/₂ моля атомов кислорода. Например, Э(HCl) = 1 моль, Э(H₂SO₄) = ¹/₂ моль, Э(NaOH) = 1 моль, Э(Al(OH)₃) = ¹/₃ моль и т.д.

Молярная масса эквивалента М_Э выражается в . Например, молярная масса эквивалента М_Э (HCl)=36,5 г/моль, М_Э (H₂SO₄) = ¹/₂ ∙ 98 = 49 г/моль, М_Э (Al(OH)₃) = ¹/₃ ∙ 78 = 26 г/моль.

Молярные массы эквивалентов сложных веществ рассчитывают следующим образом:

Соединение	Формула для расчета	Пояснения
Кислота		Основность кислоты – это число атомов водорода в молекуле кислоты, замещаемых в реакции
Основание		Кислотность основания – это число гидроксильных групп в молекуле основания
Соль		n – число атомов металла, в – валентность металла

Молярная масса эквивалента не является постоянной величиной в отличие от молярной массы и может быть различной в зависимости от реакции.

Сравнение формул для определения молярной и нормальной концентраций

и ,

показывает, что в случае, когда эквивалент растворенного вещества Э=1 моль, молярная и нормальная концентрации растворов совпадают. Это относится к растворам одноосновных кислот (HCl, HNO₃ и т.д.), однокислотных оснований (NaOH, KOH и т.д.), солей с однозарядными катионами и анионами (KCl, NaNO₃ и т.д.). Например, С_М(HNO₃) = С_Н(HNO₃); С_М (KCl) = С_Н(KCl) и т.д. Если же эквивалент растворенного вещества не равен 1 моль, то молярная концентрация его раствора во столько же раз меньше нормальной, во сколько раз эквивалент этого вещества меньше 1 моль.

5. Титром раствора называют массу растворенного вещества, содержащегося в 1 мл раствора.

(1.6) .

6. Мольная (молярная) доля растворенного вещества и растворителя в растворе Х (N) отношение количества растворенного вещества или растворителя к сумме количеств веществ, содержащихся в растворе.

, (1.7)

где n₁ – количество растворенного вещества, n₂ – количество растворителя. Х (N) – величина безразмерная, выражается в долях от единицы или в процентах. Сумма мольных долей всех компонентов раствора равна единице или 100%.