Растворимость веществ. Состав растворов. Способы выражения концентрации вещества в растворе.


Растворы могут иметь различный состав. От ограниченной растворимостью вещества его концентрацией в растворе, до неограниченно смешивающихся веществ, например этанол и вода.
При растворении твердых веществ и газов в жидкостях для каждой пары растворенное вещество – растворитель существует граница смешивания, которая характеризует растворимость вещества.

растворимость вещества в растворителе количественно определяется составом образуемого ими насыщенного раствора

насыщенный раствор – это такой раствор, при добавлении в который порции растворяемого вещества оно уже больше не переходит в раствор, а его содержание в растворе равно растворимости этого вещества

Таким образом, насыщенный раствор находится в контакте с избытком растворяемого вещества в виде второй фазы (осадка).

Каждое вещество обладает индивидуальной растворимостью в каждом растворителе. Растворимость веществ зависит от температуры. Так например, в жидких растворителях, при повышении температуры, растворимость твердых веществ, как правило, возрастает, а растворимость газов снижается. На растворимость газов, сильное влияние оказывает давление: при повышении давления растворимость газов возрастает.

ненасыщенный раствор – это такой раствор, в котором содержание растворенного вещества меньше растворимости этого вещества

пересыщенный раствор – это такой раствор, в котором содержание растворенного вещества превышает растворимость этого вещества

Пересыщенные растворы, в большей или меньшей степени неустойчевы (метастабильны). Например, если в пересыщенный раствор ввести “затравку” – кристаллик твердого растворяемого вещества, избыточное (по сравнению с насыщенным раствором) количество этого вещества выпадет в осадок и образуется насыщенный раствор.
Растворимость веществ зависит от температуры, поэтому суждение о насыщенности раствора в определенной степени относительно температуры. Так, если при более низкой температуре, раствор считается насыщенным, а с повышением температуры, может стать ненасыщенным.

Концентрация (концентрация – это отношение неоднотипных величин; доля – это отношение однотипных величин) растворенного вещества в растворе может быть выражена несколькими способами:

Массовая доля растворенного вещества ω – это отношение массы растворенного вещества к массе раствора. При этом, результат выражается не в процентах, как это часто делают по ошибке, а в единицах (доля единицы). Массовую процентную концентрацию раствора можно найти по формуле:

ω · 100%

Современная аналитическая химия, достигла значительных успехов в точности определения концентраций тех или иных элементов. В современных научных статьях можно встретить такие обозначения массовых долей:

  • ppm – число миллиграмм (1·10-3 грамм) вещества на килограмм раствора (mg/kg);
  • ppb – число микрограмм (1·10-6 грамм) вещества на килограмм раствора (μg/kg);
  • ppt – число нанограмм (1·10-9 грамм) вещества на килограмм раствора (ng/kg);
  • ppq – число пикограмм (1·10-12 грамм) вещества на килограмм раствора (pg/kg);

Объемная доля растворенного вещества υ – это отношение объема растворенного вещества к объему раствора. Объемную процентную концентрацию раствора, можно найти по формуле:

υ · 100%

Между плотностью раствора и его составом существует некоторая зависимость, которая, обычно, изображается в табличной форме. Поэтому состав однокомпонентных растворов можно установить, если измерить их плотность. Относительную плотность жидких растворов измеряют с помощьюареометров – выполненных в виде поплавков трубок со шкалой делений и грузом определенной массы в нижней части. По глубине погружения в раствор поплавка находят значение относительной плотности, а затем, с помощью таблицы (или графика) – состав раствора. На шкалы специальных ареометров наносят уже готовые значения массовой или объемной процентной концентрации раствора (а не его плотность), например для измерения объемной процентной концентрации этанола в воде, или массовой процентной концентрации серной кислоты. Т.к. плотность растворов зависит от температуры, измерения необходимо проводить при стандартной температуре раствора, при которой производилась градуировка ареометра, чаще всего это 20°C. Таблицы “Плотность водных растворов” различных веществ можно найти в соответствующем разделе справочника по химии “Справочные таблицы”.

Молярная концентрация СM (моль/м3, моль/дм3 = моль/л) – это отношение формульного количества растворенного вещества n к объему раствора V(p):

CM = n / V(p)

Молярность раствора – величина, численно равная молярной концентрации растворенного вещества, выраженной в моль/л. Молярная концентрация записывается как числовое значение с последующей буквой M или словом “молярный”: 0,1M = 0,1 молярный раствор.

Эквивалентная концентрация Сeq (моль/м3, моль/дм3 = моль/л) – это отношение эквивалентного количества растворенного вещества neq к объему раствора V(p):

Ceq = neq / V(p)

Нормальность раствора – величина, численно равная эквивалентной концентрации растворенного вещества, выраженной в моль/л. Нормальность раствора в расчетных формулах обозначается символом N, а числовое значение нормальности приныто указывать числовым значением эквивалентной концентрации растворенного вещества выраженной в моль/л.
Поскольку эквивалентное и формульное количества вещества связаны отношением neq = n/feq, то эквивалентную концентрацию растворенного вещества Сeq можно представить как отношение молярной концентрации С к фактору эквивалентности feq этого вещества в данной конкретной реакции:

Ceq = СM / feq

Следует особо подчеркнуть, что молярность раствора данного вещества определяется методикой приготовления раствора (количеством растворенного вещества и растворителя) и не зависит от реакции, в которой это вещество участвует. Наоборот, нормальность раствора зависит от реакции, т.к. одно и тоже вещество, в различных реакциях может иметь разные значения эквивалентного числа. Нельзя приготовить раствор вещества заданной нормальности, не зная, в какой реакции это вещество будет участвовать, ибо это не даст возможности рассчитать требуемое формульное количество вещества.

Моляльная концентрация Cml (моль/кг) – это отношение количества растворенного вещества n к массе растворителя msol:

Cml = n / msol

Моляльная концентрация не зависит от температуры раствора, т.к. масса раствора при различных температурах остается постоянной; а объем раствора, изменяется с изменением его температуры.
Обратите внимание, на то, что несмотря на созвучность в названиях: молярная и моляльная – это различные способы выражения концентрации растворенного вещества в растворе.

Титр раствора T (г/мл) – это отношение массы растворенного вещества ms к объему раствора V(p):

T = ms / V(p)

Единицей объема служит 1 мл раствора. Титр применяется в объемном методе химического анализа. В практике анилитической химии, концентрацию титранта расчитывают относительно конкретной реакции титрования таким образом, чтобы объем использованного титранта показывал массу определяемого вещества. Такой способ выражения концентрации раствора сокращает время обработки результатов химического анализа.

Мольная доля (молярная доля) Xj – это отношение количества растворенного вещества к общему количеству всех компонентов составляющих раствор (сумма количеств растворенных веществ и количества растворителя).

Xj = nj / ∑ni

Для объемного анализа важным является следующее положение:

равные объемы растворов одинаковой нормальности содержат равные эквивалентные количества растворенных веществ


Комментарии закрыты