Растворы

1. Концентрации раствора

Раствор - это твердая, жидкая или газообразная гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов (составных частей), относительные количества которых могут изменяться в широких пределах. Всякий раствор состоит из растворенных веществ и растворителя, т. е. среды, в которой эти вещества равномерно распределены в виде молекул или ионов.
Раствор, в котором данное вещество при данной температуре больше не растворяется, т.е. раствор, находящийся в равновесии с растворяемым веществом, называют насыщенным, а раствор, в котором еще можно растворить дополнительное количество данного вещества, ненасыщенным.

Концентрацию растворов можно выражать следующими способами:

1. Процентная концентрация по массе (ω, %) - число единиц массы (например, число граммов) растворенного вещества (mр.в.), содержащихся в 100 единицах массы (например, в 100 граммах) раствора (mр-ра):

ω= (mр.в.·100%)/mр-ра.

Например, 15% раствор хлорида натрия – это такой раствор, в 100 г которого содержится 15 г NaCl и 85 г воды.

2. Молярность(См) - число моль (n) растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора: 

См = n/V. 

Так, 2М H2SO4 обозначает раствор серной кислоты, в каждом литре которого содержится два моля H2SO4, 196 г.

3. Молярная концентрация эквивалента (нормальность)(СН):число моль эквивалентов (nэкв) растворенного вещества, содержащихся в одном литре раствора: Так, 2н. H2SOозначает раствор серной кислоты, в каждом литре которого содержится два эквивалента, т. е. 98 г H2SO4.

4. Моляльность(Сm) - число молей растворенного вещества, приходящихся на 1000 г растворителя. Так, 2m H2SO4 означает раствор серной кислоты, в котором на 1000 г воды приходится два моля H2SO4. Мольно-массовая концентрация раствора – моляльность, в отличие от его молярности, не изменяется при изменении температуры.

5Мольная доля(Ni) отношение числа молей данного вещества (n1) к общему числу молей всех веществ (n1, n2), имеющихся в растворе: 

N1=n1/(n1+n2).

Пользуясь растворами, концентрация которых выражена нормальностью, легко заранее рассчитать, в каких объемных отношениях они должны быть смешаны, чтобы растворенные вещества прореагировали без остатка:

СН1V1= СН2V2,

 где СН1, СН2 – молярные концентрации эквивалента (моль) растворенного вещества 1 и 2 соответственно; V1, V2 – объемы растворов (л) 1 и 2 соответственно. Таким образом, объемы растворов реагирующих веществ обратно пропорциональны их нормальностям.

Для очень разбавленных растворов и для очень низких содержаний элементов удобно выражать долю компонента от общего количества вещества в частях на миллион (млн-1ppm).

Плотность разбавленных растворов близка к 1,00 г×мл-1

В этом случае: 1 млн-1 (1 ppm) = 1 мкг× мл-1 (1μg/ml) = 1 мг× л-1

1 млн-1 (1 ppm) = 1×10-4 % (масс.)


С (млн-1)

=

mрастворенного компонента

×106

раствора

 

Для еще более разбавленных растворов или более низких содержаний компонента результаты чаще представляют числом частей на мллиард:

 

С (ppb)

=

растворенного компонента

×109

раствора

 

Тогда: 1 ppb = 1 нг×мл-1 (ng/ml) = 1 мкг×л-1 (1 μg/l),

ppb = 1×10-7 %.

При еще меньших содержаниях компонента, оперируют триллионными долями: 

ppt (1 часть на триллион частей) = 1×10-12 %.

Когда говорят о газах, то долю (млн-1), относят не к массе, а к объему. Например, 12 млн-1 (12 ppm) СО2 в воздухе означают 12 микролитров (12 μl) СО2 на 1 л воздуха.