Как пишется молярная концентрация

В уроке 15 «Моляльность и молярность» из курса «Химия для чайников» рассмотрим понятия растворитель и растворенное вещество научимся выполнять расчет молярной и моляльной концентрации, а также разбавлять растворы. Невозможно объяснить что такое моляльность и молярность, если вы не знакомы с понятием моль вещества, поэтому не поленитесь и прочитайте предыдущие уроки. Кстати, в прошлом уроке мы разбирали задачи на выход реакции, посмотрите если вам интересно.

Химикам нередко приходится работать с жидкими растворами, так как это благоприятная среда для протекания химических реакций. Жидкости легко смешивать, в отличие от кристаллических тел, а также жидкость занимает меньший объем, по сравнению с газом. Благодаря этим достоинствам, химические реакции могут осуществляться гораздо быстрее, так как исходные реагенты в жидкой среде часто сближаются и сталкиваются друг с другом. В прошлых уроках мы отмечали, что вода относится к полярным жидкостям, и потому является неплохим растворителем для проведения химических реакций. Молекулы H₂O, а также ионы H⁺ и OH^—, на которых вода диссоциирована в небольшой степени, могут способствовать запуску химические реакций, благодаря поляризации связей в других молекулах или ослаблению связи между атомами. Вот почему жизнь на Земле зародилась не на суше или в атмосфере, а именно в воде.

Растворитель и растворенное вещество

Раствор может быть образован путем растворения газа в жидкости или твердого тела в жидкости. В обоих случаях жидкость является растворителем, а другой компонент — растворенное вещество. Когда раствор образован путем смешивания двух жидкостей, растворителем считается та жидкость, которая находится в большем количестве, иначе говоря имеет бОльшую концентрацию.

Расчет концентрации раствора

Молярная концентрация

Концентрацию можно выражать по разному, но наиболее распространенный способ — указание его молярности. Молярная концентрация (молярность) — это число молей растворенного вещества в 1 литре раствора. Единица молярности обозначается символом M. Например два моля соляной кислоты на 1 литр раствора обозначается 2 М HCl. Кстати, если на 1 литр раствора приходится 1 моль растворенного вещества, тогда раствор называется одномолярным. Молярная концентрация раствора обозначается различными символами:

• cx, Смx, [x], где x — растворенное вещество

Формула для вычисления молярной концентрации (молярности):

• См = n/V, моль/л

где n — количество растворенного вещества в молях, V — объем раствора в литрах.

Пару слов о технике приготовления растворов нужной молярности. Очевидно, что если добавить к одному литру растворителя 1 моль вещества, общий объем раствора будет чуть больше одного литра, и потому будет ошибкой считать полученный раствор одномолярным. Чтобы этого избежать, первым делом добавляем вещество, а только потом доливаем воду, пока суммарный объем раствора не будет равным 1 л. Полезно будет запомнить приближенное правило аддитивности объемов, которое гласит, что объем раствора приближенно равен сумме объемов растворителя и растворенного вещества. Растворы многих солей приближенно подчиняются данному правилу.

Пример 1. Химичка дала задание растворить в литре воды 264 г сульфата аммония (NH₄)₂SO₄, а затем вычислить молярность полученного раствора и его объем, основываясь на предположении об аддитивности объемов. Плотность сульфата аммония равна 1,76 г/мл.

Решение:

Определим объем (NH₄)₂SO₄ до растворения:

• 264 г / 1,76 г/мл = 150 мл = 0,150 л

Пользуясь правилом аддитивности объемов, найдем окончательный объем раствора:

• 1,000 л + 0,150 л = 1,150 л

Число молей растворенного сульфата аммония равно:

• 264 г / 132 г/моль = 2,00 моля (NH4)2SO4

Завершающий шаг! Молярность раствора равна:

• 2,000 / 1,150 л = 1,74 моль/л, т.е 1,74 М (NH₄)₂SO₄

Приближенным правилом аддитивности объемов можно пользоваться только для грубой предварительной оценки молярности раствора. Например, в примере 1, объем полученного раствора на самом деле имеет молярную концентрацию равную 1,8 М, т.е погрешность наших расчетов составляет 3,3%.

Моляльная концентрация

Наряду с молярностью, химики используют моляльность, или моляльную концентрацию, в основе которой учитывается количество использованного растворителя, а не количество образующегося раствора. Моляльная концентрация — это число молей растворенного вещества в 1 кг растворителя (а не раствора!). Моляльность выражается в моль/кг и обозначается маленькой буквой m. Формула для вычисления моляльной концентрации:

• m = n/m

где n — количество растворенного вещества в молях, m — масса растворителя в кг

Для справки отметим, что 1 л воды = 1 кг воды, и еще, 1 г/мл = 1 кг/л.

Пример 2. Химичка попросила определить моляльность раствора, полученного при растворении 5 г уксусной кислоты C₂H₄O₂ в 1 л этанола. Плотность этанола равна 0,789 г/мл.

Решение:

Число молей уксусной кислоты в 5 г равно:

• 5,00 г / 60,05 г/моль = 0,833 моля C₂H₄O₂

Масса 1 л этанола равна:

• 1,000 л × 0,789 кг/л = 0,789 кг этанола

Последний этап. Найдем моляльность полученного раствора:

• 0,833 моля / 0,789 кг растворителя = 0,106 моль/кг

Единица моляльности обозначается Мл, поэтому ответ также можно записать 0,106 Мл.

Разбавление растворов

В химической практике часто занимаются разбавлением растворов, т.е добавлением растворителя. Просто нужно запомнить, что число молей растворенного вещества при разбавлении раствора остается неизменным. И еще запомните формулу правильного разбавления раствора:

• Число молей растворенного вещества = c1V1 = c2V2

где с1 и V1 — молярная концентрация и объем раствора до разбавления, с2 и V2 — молярная концентрация и объем раствора после разбавления. Рассмотрите задачи на разбавление растворов:

Пример 3. Определите молярность раствора, полученного разбавлением 175 мл 2,00 М раствора до 1,00 л.

Решение:

В условие задача указаны значения с1, V1 и V2, поэтому пользуясь формулой разбавления растворов, выразим молярную концентрацию полученного раствора с2

• с2 = c1V1 / V2 = (2,00 М × 175 мл) / 1000 мл = 0,350 М

Пример 4 самостоятельно. До какого объема следует разбавить 5,00 мл 6,00 М раствора HCl, чтобы его молярность стала 0,1 М?

Ответ: V2 = 300 мл

Без сомнения, вы и сами догадались, что урок 15 «Моляльность и молярность» очень важный, ведь 90% все лабораторных по химии связаны с приготовлением растворов нужной концентрации. Поэтому проштудируйте материал от корки до корки. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Количество и концентрация вещества. Выражение и пересчеты из одних единиц в другие. Концентрации растворов. Массовая и молярная концентрация, Титр, Моляльность, Мольная, массовая, объемная доли. Нормальная (эквивалентная) концентрация, Фактор эквивалентности, Молярная масса эквивалента вещества.

Масса и количество вещества. Массу вещества (m) измеряют в граммах, а количество вещества (n) в молях. Если обозначить вещество буквой Х, то тогда его масса может быть обозначена как m (X), а количество – n (X).

• Моль–количество вещества, которое содержит столько определенных структурных единиц (молекул, атомов, ионов и т.д.), сколько атомов содержится в 0,012 кг изотопа углерода-12.
• При использовании термина моль следует указывать частицы, к которым относится этот термин. Соответственно, можно говорить «моль молекул», «моль атомов», «моль ионов» и т.д. (например, моль молекул водорода, моль атомов водорода, моль ионов водорода). Так как 0,012 кг углерода-12 содержит ~ 6,022х10²³атомов углерода (постоянная Авогадро = число Авогадро), то моль– такое количество вещества, которое содержит 6,022х10²³структурных элементов (молекул, атомов, ионов и др.).
  • Отношение массы вещества к количеству вещества называют молярной массой.
  • M (X) = m (X) / n(X)
  • То есть, молярная масса (М) – это масса одного моля вещества. Основной системной (в международной системе единиц СИ) единицей молярной массы является кг/моль, а на практике – г/моль. Например, молярная масса самого легкого металла лития М (Li) = 6,939 г/моль, молярная масса газа метана М (СН₄) = 16,043 г/моль. Молярная масса серной кислоты рассчитывается следующим образом M (Н₂SО₄) = 196 г / 2 моль = 96 г/моль.
  • Молярная масса М (Х) — масса одного моля молекул вещества (г/моль). M(X)=m_x/n (X), где m_x – масса вещества, г; n (X) – количество вещества, моль. Молярная масса вещества Х численно равна относительной молекулярной массе M_r (в случае молекул) или относительной атомной массе (в случае атомов).
• Любое соединение (вещество), кроме молярной массы, характеризуется относительной молекулярной или атомной массой. Существует и эквивалентная масса Е, равная молекулярной, умноженной на фактор эквивалентности (см. далее).
  • Относительная молекулярная масса (M_r) –это молярная масса соединения, отнесенная к 1/12 молярной массы атома углерода-12.
    • Например,М_r(СН₄) = 16,043. Относительная молекулярная масса – величина безразмерная.
  • Относительная атомная масса (A_r) –это молярная масса атома вещества, отнесенная к 1/12 молярной массы атома углерода-12.
    • Например, A_r(Li) = 6,039.

Концентрация. Отношение количества или массы вещества, содержащегося в системе, к объему или массе этой системы называют концентрацией. Известно несколько способов выражения концентрации. В России чаще всего концентрацию обозначают заглавной буквой С, имея в виду прежде всего массовую концентрацию, которая по праву считается наиболее часто применяемой в экологическом мониторинге форма выражения концентрации (именно в ней измеряют величины ПДК).

• Массовая концентрация (С или β) –отношение массы компонента, содержащегося в системе (растворе), к объему этой системы (V). Это самая распространенная у российских аналитиков форма выражения концентрации.
  • β(Х) =m (X) / V(смеси)
• Единица измерения массовой концентрации – кг/м³ или г/м³, кг/дм³или г/дм³(г/л), кг/см³, или г/см³ (г/мл), мкг/л или мкг/мл и т.д. Арифметические пересчеты из одних размерностей в другие не представляет большой сложности, но требуют внимательности. Например, массовая концентрация хлористоводородной (соляной) кислотыС(HCl) = 40 г / 1 л = 40 г/л = 0,04 г/мл = 4·10^–5мкг/л и т.д. Обозначение массовой концентрации С нельзя путать с обозначением мольной концентрации (с), которая рассматривается далее.
• Типичными являются соотношения β(Х): 1000 мкг/л = 1 мкг/мл = 0,001 мг/мл.
• Массовая концентрация — это отношение массы к объему системы !!!! а отношение массы к массе это — массовая доля

Титр (Т) В объемном анализе (титриметрии) употребляется одна из форм массовой концентрации – титр. Титр раствора (Т) –это масса вещества, содержащегося в одном кубическом сантиметре = в одном миллилитре раствора.

• Единицы измерения титра — кг/см³, г/см³, г/мл и др.

Моляльность (b) —отношение количества растворенного вещества (в молях) к массе растворителя (в кг).

• b(Х) = n(X) / m (растворителя) = n(X) / m (R)
• Единица измерения моляльности —моль/кг. Например,b (HCl/H₂O) = 2 моль/кг. Моляльная концентрация применяется в основном для концентрированных растворов.

Мольная (! )доля (х) –отношение количества вещества данного компонента (в молях), содержащегося в системе, к общему количеству вещества (в молях).

• х(Х) =n(X) / n(X) + n(Y)
• Мольнаядоля может быть выражена в долях единицы, процентах (%), промилле (тысячная часть %) и в миллионных (млн^–1,ppm), миллиардных (млрд^–1,ppb), триллионных (трлн^–1,ppt) и др. долях, но единицей измерения все равно является отношение –моль/моль. Например,х(С₂Н₆) = 2 моль / 2 моль + 3 моль = 0,4 (40 %).

Массовая доля (ω) –отношение массы данного компонента, содержащегося в системе, к общей массе этой системы.

• ω (Х) = m(X) / m(смеси)
• Массовая доля измеряется в отношениях кг/кг (г/г). При этом она может быть выражена в долях единицы, процентах (%), промилле, миллионных, миллиардных и т.д. долях. Массовая доля данного компонента, выраженная в процентах, показывает, сколько граммов данного компонента содержится в 100 г раствора.
  • Например, условно ω (KCl) = 12 г / 12 г + 28 г = 0,3 (30%).

Объемная доля (φ) –отношение объема компонента, содержащегося в системе, к общему объему системы.

• φ (Х)=v(X) /v(X)+v(Y)
• Объемная доля измеряется в отношениях л/л или мл/мл и тоже может быть выражена в долях единицы, процентах, промилле, миллионных и т.д. долях. Например, объемная доля кислорода газовой смеси составляет φ (О₂)=0,15 л / 0,15 л + 0,56 л.

Молярная (мольная) концентрация (с) –отношение количества вещества (в молях), содержащегося в системе (например, в растворе), к объему V этой системы.

• с(Х) = n(X)/ V(смеси)
• Единица измерения молярной концентрации моль/м³(дольная производная, СИ – моль/л).
  • Например,c (H₂S0₄) = 1 моль/л,с(КОН) = 0,5 моль/л.
• Раствор, имеющий концентрацию 1 моль/л, называют молярным раствором и обозначают как 1 М раствор (не надо путать эту букву М, стоящую после цифры, с ранее указанным обозначением молярной массы, т.е. количества вещества М). Соответственно раствор, имеющий концентрацию 0,5 моль/л, обозначают 0,5 М (полумолярный р-р); 0,1 моль/л – 0,1 М (децимолярный р.р); 0,01 моль/л – 0,01 М (сантимолярный р-р) и т.д.
• Эта форма выражения концентрации также очень часто применяется в аналитике.

Нормальная (эквивалентная) концентрация (N), молярная концентрация эквивалента(С_экв.)– это отношение количества вещества эквивалента в растворе (моль) к объему этого раствора (л).

• N = С_экв (Х) = n (1/Z X) / V (смеси)
• Количество вещества (в молях), в котором реагирующими частицами являются эквиваленты, называется количеством вещества эквивалента n_э (1/Z X) = n_э (Х).
• Единица измерения нормальной концентрации («нормальности») тоже моль/л (дольная производная, СИ).
  • Например, С_экв.(1/3 АlCl₃) = 1 моль/л.
• Раствор, в одном литре которого содержится 1 моль вещества эквивалентов, называют нормальным и обозначают 1 н. Соответственно могут быть 0,5 н («пятидецинормальный»); 0,01 н (сантинормальный») и т.п. растворы.
• Следует отметить, что понятие эквивалентностиреагирующих веществ в химических реакциях является одним из базовых для аналитической химии. Именно на эквивалентности как правило основаны вычисления результатов химического анализа (особенно в титриметрии). Рассмотрим несколько связанных с этим базовых с т.з. теории аналитики понятий.

Фактор эквивалентности (f_экв )– число, обозначающее, какая доля реальной частицы веществ Х (например, молекулы вещества X) эквивалентна одному иону водорода (в данной кислотно-основной реакции) или одному электрону (в данной окислительно-восстановнтельной реакции) Фактор эквивалентности f_экв (Х) рассчитывают на основании стехиометрии (соотношении участвующих частиц) в конкретном химическом процессе:

• f_экв (Х) = 1/Z_x
• где Z_x.— число замещенных или присоединенных ионов водорода (для кислотно-основных реакций) или число отданных или принятых электронов (для окислительно-восстановительных реакций);
• Х — химическая формула вещества.
• Фактор эквивалентности всегда равен или меньше единицы. Будучи умноженным на относительную молекулярную массу, он дает значение эквивалентной массы (Е).
  • Для реакции:
    • H₂SО₄ + 2 NaOH = Na₂SО₄ + 2 H₂
      • f_экв (H₂SО₄) = 1/2,f_экв (NaOH) = 1
      • f_экв (H₂SО₄) = 1/2, т.е. это означает, что ½ молекулы серной кислоты дает для данной реакции 1 ион водорода (Н⁺), а соответственноf_экв (NaOH) = 1 означает, что одна молекулаNaOHсоединяется в данной реакции с одним ионом водорода.
  • Для реакции:
    • 10 FeSО₄ + 2 KMnО₄ + 8 H₂SО₄ = 5 Fe₂(SО₄)₃ + 2 MnSО₄ + K₂SО₄ + 8 H₂О
    • 2МпО₄^— + 8Н⁺+5е^—→ Мп²⁺– 2e^—+ 4 Н₂О
    • 5 Fe²⁺ – 2e^— → Fe³⁺
      • f_экв (KMnО₄) = 1/5 (кислая среда), т.е. 1/5 молекулы KMnО₄ в данной реакции эквивалентна 1 электрону. При этом f_экв (Fe²⁺) = 1, т.е. один ион железа (II) также эквивалентен 1 электрону.

Эквивалент вещества Х –реальная или условная частица, которая в данной кислотно-основной реакции эквивалентна одному нону водорода или в данной окислительно-восстановительной реакции – одному электрону.

• Форма записи эквивалента: f_экв(Х) Х (см. табл.), или упрощенно Э_х, где Х –химическая формула вещества, т.е. [Э_х =f_экв(Х) Х]. Эквивалент безразмерен.
• Эквивалент кислоты(или основания) – такая условная частица данного вещества, которая в данной реакции титрования высвобождает один ион водорода или соединяется с ним, или каким-либо другим образом эквивалентна ему.
• Например, для первой из вышеуказанных реакций эквивалент серной кислоты — это условная частица вида ½ H₂SО₄ т.е. f_экв (H₂SО₄) = 1/Z= ½; ЭH₂SО₄ = ½ H₂SО₄.
• Эквивалент окисляющегося(или восстанавливающегося)вещества— это такая условная частица данного вещества, которая в данной химической реакции может присоединять один электрон или высвобождать его, или быть каким-либо другим образом эквивалентна этому одному электрону.
• Например, при окислении перманганатом в кислой среде эквивалент марганцевокислого калия – это условная частица вида 1/5 КМпО₄, т.е. ЭКМпО₄ =1/5КМпО₄.
• Так как эквивалент вещества может меняться в зависимости от реакции, в которой это вещество участвует, необходимо указывать соответствующую реакцию.
  • Например, для реакции Н₃РО₄+NaOH=NaH₂PО₄+H₂O
    • эквивалент фосфорной кислоты Э Н₃РО₄ == 1 Н₃РО₄.
  • Для реакции Н₃РО₄+ 2NaOH=Na₂HPО₄+ 2H₂O
    • ее эквивалент Э Н₃РО₄ == ½ Н₃РО₄,.
• Принимая во внимание, что понятие моля позволяет пользоваться любыми видами условных частиц, можно дать понятиемолярной массы эквивалента вещества X. Напомним, что моль– это количество вещества, содержащее столько реальных или условных частиц, сколько атомов содержится в 12 г изотопа углерода¹² С (6,02 10²³). Под реальными частицами следует понимать атомы, ионы, молекулы, электроны и т.п., а под условными – такие как, например, 1/5 молекулы КМпО₄в случае О/В реакции в кислой среде или ½ молекулы H₂SО₄ в реакции с гидроксидом натрия.

Молярная масса эквивалента вещества – масса одного моля эквивалентов этого вещества, равная произведению фактора эквивалентности f_экв (Х) на молярную массу вещества М (Х)¹.

• Молярную массу эквивалента обозначают как М [f_экв (Х) Х] или с учетом равенства Э_х = f_экв (Х) Х ее обозначают М [Э_х]:
• М (Э_х)= f_экв (Х) М (Х); М [Э_х] = М (Х) /Z
• Например, молярная масса эквивалента КМпО₄
• М (ЭКМпО₄) =1/5КМпО₄ = М 1/5 КМпО₄ = 31,6 г/моль.
• Это означает, что масса одного моля условных частиц вида 1/5КМпО₄ составляет 31,6 г/моль. По аналогии молярная масса эквивалента серной кислоты М ½ H₂SО₄ = 49 г/моль; фосфорной кислоты М ½ H₃ РО₄ = 49 г/моль и т.д.
• В соответствии с требованиями Международной системы (СИ) именно молярная концентрацияя вляется основным способом выражения концентрации растворов, но как уже отмечалось, на практике чаще применяетсямассовая концентрация.
• Рассмотрим основные формулы и соотношения между способами выражения концентрации растворов (см. табл. 1 и 2).

Таблица 1 Основные способы выражения концентрации растворов

Термин концентрации (см. выше)	Единица измерения концентрации	Тип единицы концентрации	Формула, виды записи, примеры
1. Массовая концентрация (С или β)	кг/м3	Производная (СИ)	С (Х)* = β(Х/V) С (Х) = β(Х/V) =mx/V(Х+Y) С Н2SO4 = 0,2 кг/л или 200 г/л Н2SO4
кг/дм3	Дольная производная (СИ)
кг/л	Производная (внесистемная)
2. Титр раствора (Т)	г/см3	Дольная, производная (СИ)	Т(Х) Т(Х) = mx/V= C (Эх)·M(Эх)/1000 Т (НCl) = 0,2012 г/мл
г/мл	Дольная, производная (внесистемная)
3. Титр раствора А по определяемому компоненту Х	г/см3	Дольная, производная (СИ)	Т (А/Х) Т (А/Х) = с(ЭА ) ·M(Эх)/1000
г/мл	Дольная, производная (внесистемная)
4. Молярная концентрация, молярность(с)	моль/м3	Производная (СИ)	с (Х)* с (Х) = (n) Х/V=mx/M(X)V. с Н2SO4 = 0,2 моль/л или 0,2 М Н2SO4
моль/дм3	Дольная производная (СИ)
моль/л	Производная (внесистемная)
5. Молярная концентрация эквивалента (N), нормальность	моль/дм3	Производная (СИ)	С [fэкв (Х)Х] или с (Эх) илиN C (Эх) = n(Эх)/V=mx/M(Эх)V=N или C (Эх) = с (Х)/ fэкв (Х) = с (Х) ·Zx=N N= С (1/5 КМпО4) = 0,02 моль/л (кислая среда) или 0,02 н. КМп04
моль/л	Производная (внесистемная)
6. Моляльная концентрация, моляльность (b)	моль/кг	Производная (СИ)	b(Х/R) = n (X) / m (растворителя)
Термин концентрации (см. выше)	Единица измерения концентрации	Тип единицы концентрации	Формула, виды записи, примеры
7. Мольная доля(х)	Относительная = моль/моль. (или в %, или в млн–1,ppm, в млрд–1 ,ppb, трлн–1,pptили в др. ед.	Безразмерная = 1 моль/моль = 1 = 100% = 106млн-1 = 109млрд-1 = 1012трлн-1	х % (Х) = х (Х/Х+ Y) х % (Х) = n (X) / n (X) + n (Y) Если в 1 моле раствора содержится 0,20 моля NaOH, то: мольная доля NaOH в этом растворе х % (NaOH): =0,2/1 = 0,2 или 20%, или 2·105млн-1 , или 2·108млрд-1, или др.
8. Массовая доля (ω)	Относительная = кг / кг. (или в %, или в млн–1,ppm, в млрд–1 ,ppb, трлн–1,ppt или в др. ед.	Безразмерная = 1 кг/кг =1 г/г= 1 = 100% = 106млн-1 = 109млрд-1 = 1012трлн-1	ω % (Х) = mx/mр-ра 100 =mx/mр-рит.+mx Если в 100 г раствора содержится 20 г NaOH,то: массовая доля NaOH в этом растворе ω%(NaOH) =20 г/(80 г+0 г)= = 0,2 или 20% (масс.) или 2 ·10-1= = 2 ·108млрд-1или 2 ·1011трлн-1 , или др. ед.
9. Объемная доля (φ)	Относительная = м3/м3(илил/л, илимл/мл, или в %, или в млн–1,ppm, в млрд–1 ,ppb, или в др. ед.	Безразмерная = 1 кг/кг =1 г/г= 1 = 100% = 106млн-1 = 109млрд-1 = 1012трлн-1	φ (Х), %=v(X) /v(X)+v(Y) Если в 100 мл раствора содержится 20 мл спирта, объемная доля в этом в этом растворе: φ % (спирта) =20/100 = 0,2 или 20% (об..) = 2·102 промилле, или 2 ·108млрд-1, или 2·1011трлн-1 или др. ед.

* В расчетных уравнениях химическую формулу обычно ставят в индексе.

Пересчеты из одной формы выражения концентрации в другую являются достаточно простыми арифметическими задачами, с решениями которых аналитику приходится сталкиваться очень часто – при приготовлении аналитических растворов, при пробоотборе и пробоподготовке, при смешении пробы с аналитическими растворами, а также при статистической обработке и представлении получившихся результатов в цифровой и графической форме. Рассмотрим формулы для пересчета шести наиболее часто применяемых форм выражения концентраций (см. табл. 2).

Таблица 2 Формулы перехода от одних выражений концентраций растворов к другим (процентная, в граммах на грамм растворителя, в граммах на грамм раствора, нормальная, молярная, моляльная) ⁶

• Обозначения:
  • d-плотность раствора,
  • W- молекулярный вес (масса) растворенного вещества,
  • E- грамм-эквивалентный вес растворенного вещества

1. Коровин Н.В., Мингулина Э.И., Рыжова Н.Г.Лабораторные работы по химии.Учеб. пособие для техн. направ. и спец. вузов. /Под ред. Н.В. Коровина. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1998. – с. 21–39.
2. Жарский И.М., Кузьменко А.Л., Орехова С.Е.Лабораторный практикум по общей и неорганической химии./Под ред. Г.И. Новикова. – Мн.: Дизайн ПРО, 1998. – с. 3-27 и 46-56.
3. Попадич И.А., Траубенберг С.Е, Осташенкова Н.В. и др.. Аналитическая химия.Учебное пособие для техникумов. М.: Химия, 1989. – с. 91-98.
4. Зайцев О.С.Исследовательский практикум по общей химии.Учебное пособие. М.: Изд-во МГУ, 1994. – с. 91-98.
5. Лурье Ю.Ю.Справочник по аналитической химии.Справ. Изд. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Химия, 1989. – с. 172-173.

From Wikipedia, the free encyclopedia

«Molarity» redirects here. Not to be confused with Molality or Morality.

Molar concentration
Common symbols	c
SI unit	mol/m3
Other units	mol/L
Derivations from other quantities	c = n/V
Dimension

Molar concentration (also called molarity, amount concentration or substance concentration) is a measure of the concentration of a chemical species, in particular of a solute in a solution, in terms of amount of substance per unit volume of solution. In chemistry, the most commonly used unit for molarity is the number of moles per liter, having the unit symbol mol/L or mol/dm³ in SI unit. A solution with a concentration of 1 mol/L is said to be 1 molar, commonly designated as 1 M.

Definition[edit]

Molar concentration or molarity is most commonly expressed in units of moles of solute per litre of solution.^[1] For use in broader applications, it is defined as amount of substance of solute per unit volume of solution, or per unit volume available to the species, represented by lowercase :^[2]

Here, is the amount of the solute in moles,^[3] is the number of constituent particles present in volume (in litres) of the solution, and is the Avogadro constant, since 2019 defined as exactly 6.02214076×10²³ mol⁻¹. The ratio is the number density .

In thermodynamics the use of molar concentration is often not convenient because the volume of most solutions slightly depends on temperature due to thermal expansion. This problem is usually resolved by introducing temperature correction factors, or by using a temperature-independent measure of concentration such as molality.^[3]

The reciprocal quantity represents the dilution (volume) which can appear in Ostwald’s law of dilution.

Formality or analytical concentration

If a molecular entity dissociates in solution, the concentration refers to the original chemical formula in solution, the molar concentration is sometimes called formal concentration or formality (F_A) or analytical concentration (c_A). For example, if a sodium carbonate solution (Na₂CO₃) has a formal concentration of c(Na₂CO₃) = 1 mol/L, the molar concentrations are c(Na⁺) = 2 mol/L and c(CO2−3) = 1 mol/L because the salt dissociates into these ions.^[4]

Units[edit]

In the International System of Units (SI) the coherent unit for molar concentration is mol/m³. However, this is inconvenient for most laboratory purposes and most chemical literature traditionally uses mol/dm³, which is the same as mol/L. This traditional unit is often called a molar and denoted by the letter M, for example:

mol/m³ = 10⁻³ mol/dm³ = 10⁻³ mol/L = 10⁻³ M = 1 mM = 1 mmol/L.

To avoid confusion with SI prefix mega, which has the same abbreviation, small caps ᴍ or italicized M are also used in journals and textbooks.^[5]

Sub-multiples such as millimolar consist of the unit preceded by an SI prefix:

Name	Abbreviation	Concentration
(mol/L)	(mol/m3)
millimolar	mM	10−3	100=1
micromolar	μM	10−6	10−3
nanomolar	nM	10−9	10−6
picomolar	pM	10−12	10−9
femtomolar	fM	10−15	10−12
attomolar	aM	10−18	10−15
zeptomolar	zM	10−21	10−18
yoctomolar	yM	10−24 (6 particles per 10 L)	10−21
rontomolar	rM	10−27	10−24
quectomolar	qM	10−30	10−27

[edit]

Number concentration[edit]

The conversion to number concentration is given by

where is the Avogadro constant.

Mass concentration[edit]

The conversion to mass concentration is given by

where is the molar mass of constituent .

Mole fraction[edit]

The conversion to mole fraction is given by

where is the average molar mass of the solution, is the density of the solution.

A simpler relation can be obtained by considering the total molar concentration, namely, the sum of molar concentrations of all the components of the mixture:

Mass fraction[edit]

The conversion to mass fraction is given by

Molality[edit]

For binary mixtures, the conversion to molality is

where the solvent is substance 1, and the solute is substance 2.

For solutions with more than one solute, the conversion is

Properties[edit]

Sum of molar concentrations – normalizing relations[edit]

The sum of molar concentrations gives the total molar concentration, namely the density of the mixture divided by the molar mass of the mixture or by another name the reciprocal of the molar volume of the mixture. In an ionic solution, ionic strength is proportional to the sum of the molar concentration of salts.

Sum of products of molar concentrations and partial molar volumes[edit]

The sum of products between these quantities equals one:

Dependence on volume[edit]

The molar concentration depends on the variation of the volume of the solution due mainly to thermal expansion. On small intervals of temperature, the dependence is

where is the molar concentration at a reference temperature, is the thermal expansion coefficient of the mixture.

Examples[edit]

See also[edit]

• Molality
• Orders of magnitude (molar concentration)

References[edit]

External links[edit]

• Molar Solution Concentration Calculator
• Experiment to determine the molar concentration of vinegar by titration

From Wikipedia, the free encyclopedia

«Molarity» redirects here. Not to be confused with Molality or Morality.

Molar concentration
Common symbols	c
SI unit	mol/m3
Other units	mol/L
Derivations from other quantities	c = n/V
Dimension

Molar concentration (also called molarity, amount concentration or substance concentration) is a measure of the concentration of a chemical species, in particular of a solute in a solution, in terms of amount of substance per unit volume of solution. In chemistry, the most commonly used unit for molarity is the number of moles per liter, having the unit symbol mol/L or mol/dm³ in SI unit. A solution with a concentration of 1 mol/L is said to be 1 molar, commonly designated as 1 M.

Definition[edit]

Molar concentration or molarity is most commonly expressed in units of moles of solute per litre of solution.^[1] For use in broader applications, it is defined as amount of substance of solute per unit volume of solution, or per unit volume available to the species, represented by lowercase :^[2]

Here, is the amount of the solute in moles,^[3] is the number of constituent particles present in volume (in litres) of the solution, and is the Avogadro constant, since 2019 defined as exactly 6.02214076×10²³ mol⁻¹. The ratio is the number density .

In thermodynamics the use of molar concentration is often not convenient because the volume of most solutions slightly depends on temperature due to thermal expansion. This problem is usually resolved by introducing temperature correction factors, or by using a temperature-independent measure of concentration such as molality.^[3]

The reciprocal quantity represents the dilution (volume) which can appear in Ostwald’s law of dilution.

Formality or analytical concentration

If a molecular entity dissociates in solution, the concentration refers to the original chemical formula in solution, the molar concentration is sometimes called formal concentration or formality (F_A) or analytical concentration (c_A). For example, if a sodium carbonate solution (Na₂CO₃) has a formal concentration of c(Na₂CO₃) = 1 mol/L, the molar concentrations are c(Na⁺) = 2 mol/L and c(CO2−3) = 1 mol/L because the salt dissociates into these ions.^[4]

Units[edit]

In the International System of Units (SI) the coherent unit for molar concentration is mol/m³. However, this is inconvenient for most laboratory purposes and most chemical literature traditionally uses mol/dm³, which is the same as mol/L. This traditional unit is often called a molar and denoted by the letter M, for example:

mol/m³ = 10⁻³ mol/dm³ = 10⁻³ mol/L = 10⁻³ M = 1 mM = 1 mmol/L.

To avoid confusion with SI prefix mega, which has the same abbreviation, small caps ᴍ or italicized M are also used in journals and textbooks.^[5]

Sub-multiples such as millimolar consist of the unit preceded by an SI prefix:

Name	Abbreviation	Concentration
(mol/L)	(mol/m3)
millimolar	mM	10−3	100=1
micromolar	μM	10−6	10−3
nanomolar	nM	10−9	10−6
picomolar	pM	10−12	10−9
femtomolar	fM	10−15	10−12
attomolar	aM	10−18	10−15
zeptomolar	zM	10−21	10−18
yoctomolar	yM	10−24 (6 particles per 10 L)	10−21
rontomolar	rM	10−27	10−24
quectomolar	qM	10−30	10−27

[edit]

Number concentration[edit]

The conversion to number concentration is given by

where is the Avogadro constant.

Mass concentration[edit]

The conversion to mass concentration is given by

where is the molar mass of constituent .

Mole fraction[edit]

The conversion to mole fraction is given by

where is the average molar mass of the solution, is the density of the solution.

A simpler relation can be obtained by considering the total molar concentration, namely, the sum of molar concentrations of all the components of the mixture:

Mass fraction[edit]

The conversion to mass fraction is given by

Molality[edit]

For binary mixtures, the conversion to molality is

where the solvent is substance 1, and the solute is substance 2.

For solutions with more than one solute, the conversion is

Properties[edit]

Sum of molar concentrations – normalizing relations[edit]

The sum of molar concentrations gives the total molar concentration, namely the density of the mixture divided by the molar mass of the mixture or by another name the reciprocal of the molar volume of the mixture. In an ionic solution, ionic strength is proportional to the sum of the molar concentration of salts.

Sum of products of molar concentrations and partial molar volumes[edit]

The sum of products between these quantities equals one:

Dependence on volume[edit]

The molar concentration depends on the variation of the volume of the solution due mainly to thermal expansion. On small intervals of temperature, the dependence is

where is the molar concentration at a reference temperature, is the thermal expansion coefficient of the mixture.

Examples[edit]

See also[edit]

• Molality
• Orders of magnitude (molar concentration)

References[edit]

External links[edit]

• Molar Solution Concentration Calculator
• Experiment to determine the molar concentration of vinegar by titration

Молярная концентрация (молярность), С_m – это характеристика раствора, способ выражения концентрации растворенного вещества в растворе. Молярная концентрация равна отношению количества растворенного вещества к объему раствора:

где  ν_р.в. – количество растворенного вещества, моль

        V_р-ра – объем раствора, л

Иногда молярную концентрацию вещества А обозначают так: [A].

Молярная концентрация измеряется в моль/л или М.

Несколько задач на молярную концентрацию.

1. Определите молярную концентрацию раствора азотной кислоты, если в 500 мл раствора содержится 6,3г азотной кислоты. Ответ: 0,2М

Решение: молярная концентрация — это отношение количества растворенного вещества к объему раствора в литрах. Количество азотной кислоты:

ν(HNO₃) = m/M(HNO₃) = 6,3 г/ 63 г/моль = 0,1 моль

С(HNO₃) = ν(HNO₃)/V_р-ра = 0,1 моль/ 0,5 л = 0,2 моль/л

2. Определить молярную концентрацию раствора серной кислоты, если в 2л раствора содержится 0,98г кислоты. Ответ: 0,005М

3. Какую массу хлорида натрия надо растворить в воде, чтобы получить 1л раствора с молярной концентрацией соли 0,02моль/л? Ответ: 1,17г

4. Какое количество вещества (в моль) гидроксида калия содержится в 200мл раствора, если молярная концентрация щёлочи равна 0,9моль/л? Ответ: 0,18моль

5. Какая масса хлороводорода содержится в 250мл раствора соляной кислоты с молярной концентрацией 1 моль/л? Ответ: 9,125г
6. В каком объёме раствора серной кислоты с концентрацией 1 моль/л содержится 4,9г серной кислоты? Ответ: 50мл

7. Смешали 400мл раствора хлорида натрия с молярной концентрацией 1 моль/л и 600мл раствора хлорида натрия с концентрацией соли 2 моль/л. Определить количество вещества хлорида натрия в получившемся растворе и молярную концентрацию этого раствора. Ответ: 1,6М

Массовая доля растворённого вещества (ω)
Молярная концентрация (c)
Нормальность раствора

Существуют различные способы выражения состава раствора. Наиболее часто используют массовую долю растворённого вещества, молярную и нормальную концентрацию.

Массовая доля растворённого вещества ω_B – это безразмерная величина, равная отношению массы растворённого вещества к общей массе раствора m:

ω_B = m_B / m

Массовую долю растворённого вещества ω_B обычно выражают в долях единицы или в процентах.

Например, массовая доля растворённого вещества – CaCl₂ в воде равна 0,06 или 6%. Это означает, что в растворе хлорида кальция массой 100 г содержится хлорид кальция массой 6 г и вода массой 94 г.

Пример:

Сколько грамм сульфата натрия и воды нужно для приготовления 300 г 5% раствора?

Решение:

m (Na₂SO₄) = ω (Na₂SO₄) / 100 = (5 × 300) / 100 = 15 г

где ω (Na₂SO₄) – массовая доля в %,

m – масса раствора в г

m (H₂O) = 300 г – 15 г = 285 г.

Таким образом, для приготовления 300 г 5% раствора сульфата натрия надо взять 15 г Na₂SO₄ и 285 г воды.

Вернуться к содержанию

Молярная концентрация c_B показывает, сколько моль растворённого вещества содержится в 1 литре раствора:

c_B = n_B / V = m_B / (M_B × V)

где М_B – молярная масса растворенного вещества, г/моль.

Молярная концентрация измеряется в моль/л и обозначается «M». Например, 2 M NaOH – двухмолярный раствор гидроксида натрия. Один литр такого раствора содержит 2 моль вещества или 80 г (M (NaOH) = 40 г/моль).

Пример:

Какую массу хромата калия K₂CrO₄ нужно взять для приготовления 1,2 л 0,1 М раствора?

Решение:

M (K₂CrO₄) = c (K₂CrO₄) × V × M (K₂CrO₄) = 0,1 моль/л × 1,2 л × 194 г/моль = 23,3 г.

Таким образом, для приготовления 1,2 л 0,1 М раствора нужно взять 23,3 г K₂CrO₄ и растворить в воде, а объём довести до 1,2 литра.

Концентрацию раствора можно выразить количеством молей растворённого вещества в 1000 г растворителя. Такое выражение концентрации называют моляльностью раствора.

Вернуться к содержанию

Нормальность раствора обозначает число грамм-эквивалентов данного вещества в одном литре раствора или число миллиграмм-эквивалентов в одном миллилитре раствора. Грамм-эквивалентом вещества называется количество граммов вещества, численно равное его эквиваленту. Для сложных веществ – это количество вещества, соответствующее прямо или косвенно при химических превращениях 1 грамму водорода или 8 граммам кислорода.

Э_{основания} = М_{основания} / число замещаемых в реакции гидроксильных групп;

Э_{кислоты} = М_{кислоты} / число замещаемых в реакции атомов водорода;

Э_соли = М_соли / произведение числа катионов на его заряд.

Пример:

Вычислите значение грамм-эквивалента (г-экв) серной кислоты, гидроксида кальция и сульфата алюминия.

Решение:

Э (H₂SO₄) = М (H₂SO₄) / 2 = 98 / 2 = 49 г

Э (Ca(OH)₂) = М (Ca(OH)₂) / 2 = 74 / 2 = 37 г

Э (Al₂(SO₄)₃) = М (Al₂(SO₄)₃) / (2 × 3) = 342 / 2= 57 г

Величины нормальности обозначают буквой «Н». Например, децинормальный раствор серной кислоты обозначают «0,1 Н раствор H₂SO₄». Так как нормальность может быть определена только для данной реакции, то в разных реакциях величина нормальности одного и того же раствора может оказаться неодинаковой. Так, одномолярный раствор H₂SO₄ будет однонормальным, когда он предназначается для реакции со щёлочью с образованием гидросульфата NaHSO₄, и двухнормальным в реакции с образованием Na₂SO₄.

Пример:

Рассчитайте молярность и нормальность 70%-ного раствора H₂SO₄ (ρ = 1,615 г/мл).

Решение:

Для вычисления молярности и нормальности надо знать число граммов H₂SO₄ в 1 л раствора. 70% -ный раствор H₂SO₄ содержит 70 г H₂SO₄ в 100 г раствора. Это весовое количество раствора занимает объём:

V = 100 / 1,615 = 61,92 мл

Следовательно, в 1 л раствора содержится 70 × 1000 / 61,92 = 1130,49 г H₂SO₄. Отсюда, молярность данного раствора равна:

1130,49 / М (H₂SO₄) =1130,49 / 98 = 11,53 M

Нормальность этого раствора (считая, что кислота используется в реакции в качестве двухосновной) равна 1130,49 / 49 = 23,06 H.

Вернуться к содержанию

14.12.2021 0:37:23 | Автор статьи: Усачёва Вера

Концентрация — величина, характеризующая количественный состав раствора.

Согласно правилам ИЮПАК, концентрацией растворённого вещества (не раствора) называют отношение количества растворённого вещества или его массы к объёму раствора (моль/л, г/л), то есть это соотношение неоднородных величин.

Те величины, которые являются отношением однотипных величин (отношение массы растворённого вещества к массе раствора, отношение объёма растворённого вещества к объёму раствора) правильно называть долями. Однако на практике для обоих видов выражения состава применяют термин концентрация и говорят о концентрации растворов.

Существует много способов выражения концентрации растворов.

Массовая доля (также называют процентной концентрацией)

Массовая доля — отношение массы растворённого вещества к массе раствора. Массовая доля измеряется в долях единицы.

,

где:

• m₁ — масса растворённого вещества, г (кг);
• m — общая масса раствора, г (кг).

Массовое процентное содержание компонента, m%

m%=(mi/Σmi)*100

В бинарных растворах часто существует однозначная зависимость между плотностью раствора и его концентрацией (при данной температуре). Это даёт возможность определять на практике концентрации важных растворов с помощью денсиметра (спиртометра, сахариметра, лактометра). Некоторые ареометры проградуированы не в значениях плотности, а непосредственно концентрации раствора (спирта, жира в молоке, сахара). Следует учитывать, что для некоторых веществ кривая плотности раствора имеет максимум, в этом случае проводят 2 измерения: непосредственное, и при небольшом разбавлении раствора.

Часто для выражения концентрации (например, серной кислоты в аккумуляторных) пользуются просто их плотностью. Распространены ареометры (денсиметры, плотномеры), предназначенные для определения концентрации растворов веществ.

Пример. Зависимость плотности растворов H₂SO₄ от её массовой доли в водном растворе при 20°C

ω, %	5	10	15	20	30	40	50	60	70	80	90	95
ρ H2SO4, г/мл	1,032	1,066	1,102	1,139	1,219	1,303	1,395	1,498	1,611	1,727	1,814	1,834

Объёмная доля

Объемная доля — отношение объёма растворённого вещества к объёму раствора. Объёмная доля измеряется в долях единицы или в процентах.

,

где:

• V₁ — объём растворённого вещества, л;
• V — общий объём раствора, л.

Как было указано выше, существуют ареометры, предназначенные для определения концентрации растворов определённых веществ. Такие ареометры проградуированы не в значениях плотности, а непосредственно концентрации раствора. Для распространённых растворов этилового спирта, концентрация которых обычно выражается в объёмных процентах, такие ареометры получили название спиртомеров.

Молярность (молярная объёмная концентрация)

Молярная концентрация — число молей растворённого вещества в единице объёма раствора. Молярная концентрация в системе СИ измеряется в моль/м³, однако на практике её гораздо чаще выражают в моль/л или ммоль/л. Также распространено выражение в «молярности». Возможно другое обозначение молярной концентрации- С(х), которое принято обозначать М. Так, раствор с концентрацией 0,5 моль/л называют 0,5-молярным.

,

где:

• ν — количество растворённого вещества, моль;
• V — общий объём раствора, л.

Моляльность (молярная весовая концентрация)

Моляльность — число молей растворённого вещества в 1000 г растворителя. Измеряется в молях на кг, также распространено выражение в «моляльности». Так, раствор с концентрацией 0,5 моль/кг называют 0,5-моляльным.

,

где:

• ν — количество растворённого вещества, моль;
• m₂ — масса растворителя, кг.

Следует обратить особое внимание, что несмотря на сходство названий, молярная концентрация и моляльность — величины различные. Прежде всего, в отличие от молярной концентрации, при выражении концентрации в моляльности расчёт ведут на массу растворителя, а не на объём раствора. Моляльность, в отличие от молярной концентрации, не зависит от температуры.

Нормальная концентрация (мольная концентрация эквивалента)

Нормальная концентрация — количество эквивалентов данного вещества в 1 литре раствора. Нормальную концентрацию выражают в моль/л (имеется в виду моль эквивалентов). Для записи концентрации таких растворов используют сокращения «н» или «N». Например, раствор содержащий 0,1 моль/л, называют децинормальным и записывают как 0,1 н.

где:

• ν — количество растворённого вещества, моль;
• V — общий объём раствора, л;
• z — фактор эквивалентности.

Нормальная концентрация может отличаться в зависимости от реакции, в которой участвует вещество. Например, одномолярный раствор H₂SO₄ будет однонормальным, если он предназначается для реакции со щёлочью с образованием гидросульфата KHSO₄, и двухнормальным в реакции с образованием K₂SO₄.

Титр раствора

Титр раствора — масса растворённого вещества в 1 мл раствора.

,

где:

• m₁ — масса растворённого вещества, г;
• V — общий объём раствора, мл;

В аналитической химии обычно концентрацию титранта пересчитывают применительно к конкретной реакции титрования таким образом, чтобы объём использованного титранта непосредственного показывал массу определяемого вещества; то есть титр раствора показывает, какой массе определяемого вещества (в граммах) соответствует 1 мл титрованного раствора.

Мольная доля

Мольная доля — отношение количества молей данного компонента к общему количеству молей всех компонентов. Мольную долю выражают в долях единицы.

,

где:

• ν_i — количество i-го компонента, моль;
• n — число компонентов;

Другие способы выражения концентрации растворов

Существуют и другие, распространённые в определённых областях знаний или технологиях, методы выражения концентрации. Например, в фотометрии часто используют массовую концентрацию, равную массе растворённого вещества в 1 л раствора. При приготовлении растворов кислот часто указывают, сколько объёмных частей воды приходится на одну объёмную часть концентрированной кислоты (например, 1:3). Концентрация загрязнений в воздухе может выражаться в частях на миллион (

Применимость способов выражения концентрации растворов, их свойства

В связи с тем, что моляльность, массовая доля, мольная доля не включают в себя значения объёмов, концентрация таких растворов остаётся неизменной при изменении температуры. Молярность, объёмная доля, титр, нормальность изменяются при изменении температуры, т.к. при этом изменяется плотность растворов.

Разные виды выражения концентрации растворов применяются в разных сферах деятельности, в соответствии с удобством применения и приготовления растворов заданных концентраций. Так, титр раствора удобен в аналитической химии для волюмометрии (титриметрического анализа) и т.п.

Формулы перехода от одних выражений концентраций растворов к другим

Наиболее распространённые единицы

Часто используемые единицы

Измеряемая величина	Запись	Формула	Типичная единица
Атомный процент (A)	at.%		%
Атомный процент (B)	at.%		%
Массовый процент	wt%		%
Mass-volume percentage	—		% though strictly %g/mL
Volume-volume percentage	—		%
Молярность	M		mol/L (or M or mol/dm3)
Molinity	—		mol/kg
Моляльность	m		mol/kg (or m**)
Мольная доля	Χ (chi)		(decimal)
Formal	F		mol/L (or F)
Нормальность	N		N
Частей на сто (Parts per hundred)	% (or pph)		da.g/kg
Частей на тысячу (Parts per thousand)	‰ (or ppt*)		g/kg
Частей на миллион	ppm		mg/kg
Частей на миллиард (Parts per billion)	ppb		µg/kg
Parts per trillion	ppt*		ng/kg
Parts per quadrillion	ppq		pg/kg