Способы выражения концентраций

Среди окружающих нас веществ, лишь немногие представляют собой чистые вещества. Большинство являются смесями, состоящими из нескольких компонентов, которые могут находиться в одном или различных фазовых состояниях. Смеси, имеющие однородный состав являются гомогенными, неоднородный состав – гетерогенными. Иначе, гомогенные смеси, называют растворами, в которых одно вещество полностью растворяется в другом (растворителе). Растворитель – это тот компонент раствора, который при образовании раствора сохраняет свое фазовое состояние. Он обычно находится в наибольшем количестве. Существуют  растворы газовые, жидкие и твердые. Но более всего распространены жидкие растворы, поэтому, в данном разделе, именно на них мы сосредоточим свое внимание.

Существует множество способов измерить количество вещества, находящегося в единице объема или массы раствора, это так называемые способы выражения концентрации раствора. Каждый их методов занимает важное место в количественном и качественном анализе и находит в химии свое применение, поэтому при изучении химии, необходимы знания о том, каким образом можно выразить концентрацию растворов. Итак, приступим к рассмотрению каждого из методов.

Концентрацию раствора можно охарактеризовать как качественную и количественную.
Качественная концентрация характеризуется такими понятиями, как разбавленный и концентрированный раствор.
С этой точки зрения растворы можно классифицировать на:

  • Насыщенные – растворы с максимально возможным количеством растворенного вещества. Количество растворяемого вещества, необходимое для получения насыщенного раствора определяет растворимость этого вещества.
  • Ненасыщенные – любые растворы, которые все еще могут растворять введенное вещество.
  • Пересыщенные – растворы, в которых растворено больше вещества, чем максимально возможное. Такие растворы очень нестабильны и в определенных условиях растворенное вещество будет выкристаллизовываться из него, до тех пор, пока не образуется насыщенный раствор.

Количественная концентрация выражается через молярную, нормальную (молярную концентрацию эквивалента), процентную, моляльную концентрации, титр и мольную долю.

  1. Наиболее распространенный способ выражения концентрации растворов –  молярная концентрация растворов или молярность. Она определяется как количество молей n растворенного вещества в одном литре раствора V:

См = n/V, моль/л (моль ·л-1 )

Раствор называют молярным или одномолярным, если в 1 литре раствора растворено 1 моль вещества,  децимолярным – растворено 0,1 моля вещества, сантимолярным — растворено 0,01 моля вещества, миллимолярным — растворено 0,001 моля вещества.

Термин «молярная концентрация» распространяется на любой вид частиц. Вместо обозначения единицы измерения — моль/л, возможно такое ее обозначение – М, например, 0,2 М HCl.

  1. Молярная концентрация эквивалента или нормальная концентрация растворов (нормальность).

Понятие эквивалентности мы уже вводили здесь. Напомним, что эквивалент – это условная частица, которая равноценна по химическому действию одному иону водорода в кислотоно-основных реакциях или одному электрону в окислительно – восстановительных реакциях. Например, эквивалент KMnO4 в окислительно – восстановительной реакции в кислой среде представляет собой 1/5 (KMnO4).

Введем понятие фактор эквивалентности – число, обозначающее, какая доля условной частицы реагирует с 1 ионом водорода в данной  кислотоно-основной реакции или с одним электроном в данной окислительно – восстановительной реакции. Он может быть равен 1 или быть меньше 1. Фактор эквивалентности для предыдущего примера  fэкв(KMnO4) = 1/5.

Следующее понятие – молярная масса эквивалента вещества х. Это масса 1 моля эквивалента этого вещества, равная произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества х:

Мэ = fэкв· М(х)

Молярная концентрация эквивалента определяется числом молярных масс эквивалентов на 1 литр раствора. Эквивалент определяется в соответствии с типом рассматриваемой реакции.

Сн = nэ/V, моль/л (моль ·л-1)

Для обозначения нормальной концентрации допускается сокращение  «н» вместо «моль/л».

  1. Процентная концентрация раствора или массовая доля показывает сколько единиц массы растворенного вещества содержится в 100 единицах массы раствора. Это отношение массы m (х) вещества x к общей массе m раствора или смеси веществ:

ω (х) = m (х)/m,

Массовую долю выражают в долях от единицы или процентах.

  1. Моляльная концентрация раствора b (x) показывает количество молей n растворенного вещества х в 1 кг. растворителя m:

b (x) = n(x)/m, моль/кг

  1. Титр раствора показывает массу растворенного вещества х, содержащуюся в 1 мл. раствора:

Т (х) = m (х)/V, г/мл

  1. Мольная или молярная доля α (х) вещества х в растворе равна отношению количества данного вещества n(х) к общему количеству всех веществ, содержащихся в растворе Σn:

α (х) =  n(х)/ Σn.

Между приведенными способами выражения концентраций существует взаимосвязь, которая позволяет, зная одну единицу измерения концентрации  найти (пересчитать) ее в другие единицы. Существуют формулы, позволяющие провести такой пересчет, которые, в случае необходимости, вы сможете найти в сети.  В разделе задач показано, как произвести такой пересчет, не зная формул.