Metodi di concentrazione chimica per esprimerlo, unità, molalità e molitoria

il concentrazione chimica è la misura numerica della quantità relativa di soluto in una soluzione. Questa misura esprime una relazione del soluto rispetto a una quantità o volume del solvente o della soluzione in unità di concentrazione. Il termine "concentrazione" è legato alla quantità di soluto presente: una soluzione sarà più concentrata quanto più soluto possiede.

Queste unità possono essere fisiche quando vengono prese in considerazione le grandezze di massa e / o volume dei componenti della soluzione o delle sostanze chimiche, quando la concentrazione del soluto è espressa in termini di moli o equivalenti, prendendo come riferimento il numero di Avogadro.

Quindi, attraverso l'uso di pesi molecolari o atomici, e il numero di Avogadro, è possibile convertire le unità fisiche in quelle chimiche quando si esprime la concentrazione di un certo soluto. Pertanto, tutte le unità possono essere convertite per la stessa soluzione.

indice

• 1 soluzioni diluite e concentrate
• 2 modi per esprimere la concentrazione
  • 2.1 Descrizione qualitativa
  • 2.2 Classificazione per solubilità
  • 2.3 Notazione quantitativa
• 3 unità di concentrazione
  • 3.1 Unità di concentrazione relativa
  • 3.2 Unità di concentrazione diluita
  • 3.3 Unità di concentrazione basate su moli
  • 3.4 Formalità e normalità
• 4 Molarità
  • 4.1 Esercizio 1
  • 4.2 Esercizio 2
• 5 normalità
  • 5.1 Calcolo
  • 5.2 Esercizio 1
• 6 Molalità
  • 6.1 Esercizio 1
• 7 Raccomandazioni e note importanti sulla concentrazione chimica
  • 7.1 Il volume della soluzione è sempre maggiore di quello del solvente
  • 7.2 Utilità di Molarity
  • 7.3 Le formule non sono memorizzate ma le unità o le definizioni sono
• 8 riferimenti

Soluzioni diluite e concentrate

Come puoi dire se una concentrazione è molto diluita o concentrata? A prima vista dalla manifestazione di una qualsiasi delle sue proprietà organolettiche o chimiche; cioè, quelli che percepiscono i sensi o che possono essere misurati.

L'immagine in alto mostra una diluizione di una concentrazione di dicromato di potassio (K₂Cr₂O₇), che presenta un colore arancione. Da sinistra a destra puoi vedere come il colore diminuisce la sua intensità man mano che la concentrazione viene diluita, aggiungendo più solvente.

Questa diluizione consente di ottenere in questo modo una concentrazione diluita da una concentrazione. Il colore (e altre proprietà "nascoste" nel suo seno arancione) cambia allo stesso modo della sua concentrazione, sia con unità fisiche o chimiche.

Ma quali sono le unità di concentrazione chimica? Tra questi vi sono la molarità o la concentrazione molare di una soluzione, che mette in relazione le moli di soluto con il volume totale della soluzione in litri.

La molalità è anche nota come concentrazione molare, che si riferisce alle moli di soluto ma che sono contenute in una quantità standardizzata di solvente o solvente che è esattamente un chilogrammo.

Questo solvente può essere puro o se la soluzione contiene più di un solvente, la molalità sarà le moli del soluto per chilogrammo della miscela di solventi.

E la terza unità di concentrazione chimica è la normalità o la concentrazione normale di una soluzione che esprime il numero di equivalenti chimici del soluto per litro della soluzione.

L'unità in cui viene espressa la normalità è in equivalenti per litro (Eq / L) e in medicina la concentrazione di elettroliti nel siero umano è espressa in milliequivalenti per litro (mEq / L).

Modi per esprimere la concentrazione

La concentrazione di una soluzione può essere denotata in tre modi principali, anche se hanno una grande varietà di termini e di unità in sé, che possono essere usati per esprimere la misura di questo valore: la descrizione qualitativa, la notazione quantitativa e la classificazione in termini di solubilità.

A seconda della lingua e del contesto in cui stai lavorando, sceglierai uno dei tre modi per esprimere la concentrazione di una miscela.

Descrizione qualitativa

Utilizzato principalmente in linguaggio informale e non tecnico, la descrizione qualitativa della concentrazione di una miscela è espressa sotto forma di aggettivi, che indicano in modo generalizzato il livello di concentrazione che una soluzione possiede.

In questo modo, il livello minimo di concentrazione secondo la descrizione qualitativa è quello di una soluzione "diluita" e il massimo è "concentrato".

Parliamo di soluzioni diluite quando una soluzione ha una proporzione molto bassa di soluto a seconda del volume totale della soluzione. Se si desidera diluire una soluzione, è necessario aggiungere una maggiore quantità di solvente o cercare modi per ridurre il soluto.

Ora parliamo di soluzioni concentrate quando hanno un'alta percentuale di soluto a seconda del volume totale della soluzione. Per concentrare una soluzione, aggiungi più soluto o riduci la quantità di solvente.

In questo senso, la descrizione qualitativa è chiamata questa classificazione, non solo perché manca di misurazioni matematiche, ma per la sua qualità empirica (può essere attribuita a caratteristiche visive, odori e sapori, senza la necessità di prove scientifiche).

Classificazione per solubilità

La solubilità di una concentrazione indica la capacità massima del soluto che ha una soluzione, a seconda di condizioni quali temperatura, pressione e sostanze che sono sciolte o in sospensione.

Le soluzioni possono essere classificate in tre tipi in base al loro livello di soluto disciolto al momento della misurazione: soluzioni insature, saturi e supersature.

- Le soluzioni insature sono quelle che contengono una quantità minore di soluto rispetto a quella in grado di dissolvere la soluzione. In questo caso, la soluzione non ha raggiunto la sua massima concentrazione.

- Le soluzioni sature sono quelle in cui la quantità massima di soluto è stata disciolta nel solvente a una temperatura specifica. In questo caso c'è un equilibrio tra entrambe le sostanze e la soluzione non può accettare più soluti (dal momento che accadrà a precipitare).

- Le soluzioni sovrasaturate hanno più soluto di quanto la soluzione accetterebbe in condizioni di equilibrio. Ciò si ottiene riscaldando una soluzione satura, aggiungendo più soluti del normale. Una volta freddo non precipiterà automaticamente il soluto, ma qualsiasi disturbo può causare questo effetto a causa della sua instabilità.

Notazione quantitativa

Al momento di studiare una soluzione da utilizzare in campo tecnico o scientifico, richiede una precisione misurata ed espressa in unità, che descrivano la concentrazione in base ai suoi esatti valori di massa e / o volume.

Questo è il motivo per cui esiste una serie di unità utilizzate per esprimere la concentrazione di una soluzione nella sua notazione quantitativa, che sono divise in fisica e chimica, e che a loro volta hanno le loro suddivisioni.

Le unità di concentrazione fisica sono quelle di "concentrazione relativa", che sono espresse in termini di percentuali. Esistono tre modi per esprimere le concentrazioni percentuali: percentuali di massa, percentuali di volume e percentuali di massa.

Al contrario, le unità di concentrazione chimica sono basate sulle quantità molari, equivalenti per grammo, parti per milione e altre caratteristiche del soluto rispetto alla soluzione.

Queste unità sono le più comuni a causa della loro alta precisione nella misurazione delle concentrazioni, e per questo motivo sono solitamente quelle che si desidera sapere per lavorare con soluzioni chimiche.

Unità di concentrazione

Come descritto nelle sezioni precedenti, al momento di caratterizzare quantitativamente la concentrazione di una soluzione, i calcoli dovrebbero essere governati dalle unità esistenti a tale scopo.

Inoltre, le unità di concentrazione sono divise in quelle di concentrazione relativa, quelle di concentrazione diluita, quelle a base di moli e altre.

Unità di concentrazione relativa

Le concentrazioni relative sono quelle espresse in percentuale, come è stato nominato nella sezione precedente. Queste unità sono suddivise in percentuale di massa, percentuale in volume e percentuale in volume, e sono calcolate come segue:

-% massa = massa di soluto (g) / massa della soluzione totale (g) x 100

-% volume = volume di soluto (ml) / volume della soluzione totale (ml) x 100

-% massa / volume = massa di soluto (g) / volume della soluzione totale (ml) x 100

In questo caso, per calcolare la massa o il volume di dissoluzione totale, la massa o il volume del soluto deve essere aggiunto a quello del solvente.

Unità di concentrazione diluita

Le unità di concentrazione diluita sono quelle utilizzate per esprimere quelle concentrazioni molto piccole che sono sotto forma di tracce all'interno di una soluzione diluita; l'uso più comune che viene presentato a queste unità è quello di trovare tracce di un gas disciolto in un'altra, come gli agenti che inquinano l'aria.

Queste unità sono indicate sotto forma di parti per milione (ppm), parti per miliardo (ppb) e parti per trilione (ppt), e sono espresse come segue:

- ppm = 1 mg soluto / 1 soluzione L

- ppb = 1 μg soluto / 1 soluzione L

- ppt = 1 ng soluto / 1 soluzione L

In queste espressioni mg è uguale a milligrammi (0,001 g), μg è uguale a microgrammi (0,000001 g) e ng è uguale a nanogrammi (0,000000001 g). Queste unità possono anche essere espresse in termini di volume / volume.

Unità di concentrazione in base alle moli

Le unità di concentrazione basate sulle moli sono quelle della frazione molare, la percentuale molare, la molarità e la molalità (questi ultimi due sono meglio descritti alla fine dell'articolo).

La frazione molare di una sostanza è la frazione di tutte le sue molecole costituenti (o atomi) in funzione delle molecole o degli atomi totali. È calcolato come segue:

X_la = numero di moli di sostanza A / numero totale di moli in soluzione

Questa procedura viene ripetuta per le altre sostanze in soluzione, tenendo conto che la somma di X_la + X_B + X_C ... deve essere uguale a uno.

La percentuale molare funziona in modo simile a X_la, solo quello secondo la percentuale:

Percentuale molare di A = X_la x 100%

Nella sezione finale, la molarità e la molalità saranno discusse in dettaglio.

Formalità e normalità

Infine, ci sono due unità di concentrazione che sono attualmente in disuso: formalità e normalità.

La formalità di una soluzione rappresenta il numero di grammi formula-peso per litro di soluzione totale. È espresso come:

F = No. P.F.G / L soluzione

In questa espressione P.F.G è uguale al peso di ciascun atomo della sostanza, espresso in grammi.

Al contrario, la normalità rappresenta il numero di equivalenti di soluto diviso per i litri di soluzione, come indicato di seguito:

N = grammi equivalenti di soluto / L soluzione

In detta espressione i grammi equivalenti di soluto possono essere calcolati dal numero di moli H⁺, OH^- o altri metodi, a seconda del tipo di molecola.

molarity

La molarità o la concentrazione molare di un soluto è l'unità di concentrazione chimica che esprime o mette in relazione le moli del soluto (n) che sono contenute in un (1) litro (L) della soluzione.

La molarità è indicata dalla lettera maiuscola M e per determinare le moli del soluto (n) i grammi del soluto (g) sono divisi per il peso molecolare (PM) del soluto.

Inoltre, il peso molecolare PM del soluto è ottenuto dalla somma dei pesi atomici (PA) o massa atomica degli elementi chimici, considerando la proporzione in cui sono combinati per formare il soluto. Pertanto, diversi soluti hanno i propri MP (anche se questo non è sempre il caso).

Queste definizioni sono riepilogate nelle seguenti formule utilizzate per eseguire i calcoli corrispondenti:

Molarità: M = n (moli di soluto) / V (litro di soluzione)

Numero di moli: n = g di soluto / PM di soluto

Esercizio 1

Calcola la Molarità di una soluzione che viene preparata con 45 g di Ca (OH)₂ sciolto in 250 ml di acqua.

La prima cosa che deve essere calcolata è il peso molecolare di Ca (OH)₂ (idrossido di calcio). Secondo la sua formula chimica, il composto è un catione di calcio e due anioni oxidrile. Qui il peso di un elettrone in meno o in più rispetto alla specie è trascurabile, quindi i pesi atomici sono presi:

Il numero di moli del soluto sarà quindi:

n = 45 g / (74 g / mol)

n = 0,61 moli di Ca (OH)₂

Si ottengono 0,61 moli del soluto, ma è importante ricordare che queste moli vengono sciolte in 250 mL di soluzione. Siccome la definizione di Molarità è talpe in a litro o 1000 mL, quindi una semplice regola di tre deve essere fatta per calcolare le moli che sono in 1000 mL di detta soluzione

Se in 250 ml di soluzione è => 0.61 moli di soluto

In 1000 ml di soluzione => x quante moli ci sono?

x = (0,61 moli) (1000 mL) / 250 mL

X = 2,44 M (mol / L)

Un altro modo

L'altro modo per ottenere le talpe per applicare la formula richiede che tu prenda 250 ml a litri, applicando anche una regola di tre:

Se 1000 ml => sono 1 litro

250 ml => x Quanti litri sono?

x = (250 ml) (1 L) / 1000 ml

x = 0,25 L

Sostituendo quindi nella formula di Molarità:

M = (0,61 moli di soluto) / (0,25 L di soluzione)

M = 2,44 mol / L

Esercizio 2

Cosa significa se una soluzione di HCl è 2,5 M?

La soluzione di HCl è 2,5 molare, il che significa che un litro di esso ha sciolto 2,5 moli di acido cloridrico.

normalità

La normalità o concentrazione equivalente, è l'unità di concentrazione chimica delle soluzioni che è designata con la lettera maiuscola N. Questa unità di concentrazione indica la reattività del soluto ed è uguale al numero di equivalenti di soluto (Eq) tra il volume della soluzione espresso in litri.

N = Eq / L

Il numero di equivalenti (Eq) è uguale ai grammi di soluto tra il peso equivalente (PEq).

Eq = g soluto / PEq

Il peso equivalente, o anche noto come grammo equivalente, viene calcolato ottenendo il peso molecolare del soluto e dividendolo per un fattore equivalente che per riassumere nell'equazione è chiamato zeta delta (ΔZ).

PEq = PM / ΔZ

calcolo

Il calcolo della normalità avrà una variazione molto specifica nel fattore equivalente o ΔZ, che dipende anche dal tipo di reazione chimica a cui partecipano il soluto o la specie reattiva. Alcuni casi di questa variazione possono essere menzionati di seguito:

-Quando si tratta di un acido o base, ΔZ o il fattore equivalente, sarà uguale al numero di ioni idrogeno (H⁺)  o OH OH^- avere il soluto. Ad esempio, acido solforico (H₂SW₄) ha due equivalenti perché ha due protoni acidi.

-Quando si tratta di reazioni di riduzione dell'ossidazione ΔZ, corrisponderà al numero di elettroni coinvolti nel processo di ossidazione o riduzione a seconda del caso specifico. Qui entra in gioco il bilanciamento delle equazioni chimiche e la specificazione della reazione.

-Inoltre, questo fattore equivalente o ΔZ corrisponderà al numero di ioni che precipitano nelle reazioni classificate come precipitazione.

Esercizio 1

Determina la normalità di 185 g di Na₂SW₄ che sono in 1,3 L di soluzione.

Il peso molecolare del soluto di questa soluzione verrà calcolato per primo:

Il secondo passo è calcolare il fattore equivalente o ΔZ. In questo caso, come il solfato di sodio è un sale, la valenza o la carica del catione o del metallo Na⁺, che sarà moltiplicato per 2, che è il pedice della formula chimica del sale o del soluto:

na₂SW₄ => ΔZ = Valencia Cation x Subindex

ΔZ = 1 x 2

Per ottenere il peso equivalente viene sostituito nella rispettiva equazione:

PEq = (142.039 g / mol) / (2 Eq / mol)

PEq = 71,02 g / Eq

E poi puoi procedere a calcolare il numero di equivalenti, ricorrendo ancora a un altro semplice calcolo:

Eq = (185 g) / (71,02 g / Eq)

Numero di equivalenti = 2,605 Eq

Infine, con tutti i dati necessari, la normalità viene ora calcolata sostituendo secondo la sua definizione:

N = 2,605 Eq / 1,3 L

N = 2,0 N

molality

La molalità è designata con la lettera minuscola m ed è uguale alle moli di soluto che sono presenti in un (1) chilogrammo del solvente. Viene anche chiamata concentrazione molare e viene calcolata con la seguente formula:

m = moli di soluto / Kg di solvente

Mentre la Molarità stabilisce la relazione delle moli di soluto contenute in un (1) litro di soluzione, la molalità mette in relazione le moli di soluto che esistono in un (1) chilogrammo di solvente.

In quei casi in cui la soluzione è preparata con più di un solvente, la molalità esprimerà la stessa delle moli del soluto per chilogrammo della miscela dei solventi.

Esercizio 1

Determinare la molalità di una soluzione che è stata preparata mescolando 150 g di saccarosio (C₁₂H₂₂0₁₁) con 300 g di acqua.

Il peso molecolare del saccarosio viene determinato prima di procedere al calcolo delle moli del soluto di questa soluzione:

Il numero di moli di saccarosio è calcolato:

n = (150 g di saccarosio) / (342,109 g / mol)

n = 0,438 moli di saccarosio

Quindi i grammi di solvente vengono portati in chilogrammi per poter applicare la formula finale.

Sostituendo quindi:

m = 0,438 moli di saccarosio / 0,3 chilogrammi di acqua

m = 1,46 mol C₁₂H₂₂0₁₁/ Kg H₂O

Sebbene al momento ci sia un dibattito sull'espressione finale della molalità, questo risultato può anche essere espresso come:

1,26 m₁₂H₂₂0₁₁ o 1,26 molare

In alcune occasioni è considerato vantaggioso esprimere la concentrazione della soluzione in termini di molalità, poiché le masse del soluto e del solvente non subiscono leggere fluttuazioni o cambiamenti inapparenti dovuti agli effetti della temperatura o della pressione; come fa nelle soluzioni con soluto gassoso.

Inoltre, si sottolinea che questa unità di concentrazione riferita a un soluto specifico non viene modificata dall'esistenza di altri soluti nella soluzione.

Raccomandazioni e note importanti sulla concentrazione chimica

Il volume della soluzione è sempre maggiore di quello del solvente

Quando gli esercizi della soluzione vengono risolti, l'errore di interpretare il volume di una soluzione come se fosse il solvente. Ad esempio, se un grammo di cioccolato in polvere viene sciolto in un litro d'acqua, il volume della soluzione non è uguale a quello di un litro d'acqua.

Perché no? Perché il soluto occuperà sempre lo spazio tra le molecole di solvente. Quando il solvente ha un'alta affinità per il soluto, il cambiamento di volume dopo la dissoluzione può essere ridicolo o trascurabile.

Ma, se no, e ancora di più se la quantità di soluto è grande, la variazione di volume deve essere presa in considerazione. In questo modo: Vsolvente + Vsoluto = Vsolución. Solo in soluzioni diluite o dove le quantità di soluto sono piccole è valido Vsolvente = Vsolución.

Questo errore deve essere tenuto ben presente soprattutto quando si lavora con i soluti liquidi. Ad esempio, se invece di sciogliere la polvere di cioccolato, il miele viene sciolto in alcool, allora il volume del miele aggiunto avrà effetti notevoli sul volume totale della soluzione.

Pertanto, in questi casi, il volume del soluto deve essere aggiunto a quello del solvente.

Utilità della Molarità

-Per conoscere la Molarità di una soluzione concentrata permette di eseguire i calcoli di diluizione usando la semplice formula M1V1 = M2V2, dove M1 corrisponde alla Molarità iniziale della soluzione e M2 alla Molarità della soluzione che si desidera preparare dalla soluzione con M1.

- Conoscendo la Molarità di una soluzione, puoi facilmente calcolare la Normalità della soluzione usando la seguente formula: Normalità = numero equivalente x M

Le formule non sono memorizzate ma le unità o le definizioni sono

Tuttavia, la memoria a volte non riesce a ricordare tutte le equazioni relative ai calcoli di concentrazione. Per questo è molto utile avere una definizione chiara di ogni concetto.

Dalla definizione le unità sono scritte facendo uso del fattori di conversione per esprimere quelli che corrispondono a ciò che si desidera determinare.

Ad esempio, se hai la molalità e vuoi convertirla in normalità, procedi come segue:

(mol / Kg di solvente) x (kg / 1000 g) (g solvente / mL) (mL solvente / mL soluzione) (1000 mL / L) (Eq / mol)

Si noti che (g solvente / mL) è la densità del solvente. Il termine (soluzione mL solvente / mL) si riferisce a quanto volume della soluzione corrisponde effettivamente al solvente. In molti esercizi questo ultimo termine è uguale a 1, per ragioni pratiche, sebbene non sia mai del tutto vero.

riferimenti 

1. Chimica introduttiva- 1^st Edizione canadese. Unità quantitative di concentrazione. Capitolo 11 Soluzioni. Tratto da: opentextbc.ca
2. Wikipedia. (2018). Concentrazione equivalente Tratto da: en.wikipedia.org
3. PharmaFactz. (2018). Cos'è la molarità? Tratto da: pharmafactz.com
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chimica. (8 ° ed.). CENGAGE Learning, p 101-103, 512, 513.
5. Soluzioni acquose-molari. Tratto da: chem.ucla.edu
6. Quimicas.net (2018). Esempi di normalità. Estratto da: quimicas.net.