Berechnen von Konzentrationen mit Einheiten und Verdünnungen

Die Berechnung der Konzentration einer chemischen Lösung ist eine grundlegende Fähigkeit, die alle Chemiestudenten zu Beginn ihres Studiums entwickeln müssen. Was ist Konzentration? Die Konzentration bezieht sich auf die Menge an gelöstem Stoff, die in einem Lösungsmittel gelöst ist. Wir denken normalerweise an einen gelösten Stoff als einen Feststoff, der einem Lösungsmittel zugesetzt wird (z. B. Hinzufügen von Tafelsalz zu Wasser), aber der gelöste Stoff könnte leicht in einer anderen Phase vorliegen. Wenn wir zum Beispiel eine kleine Menge Ethanol zu Wasser geben, ist das Ethanol der gelöste Stoff und das Wasser das Lösungsmittel. Wenn wir eine kleinere Menge Wasser zu einer größeren Menge Ethanol geben, könnte das Wasser der gelöste Stoff sein!

Berechnung der Konzentrationseinheiten

Sobald Sie den gelösten Stoff und das Lösungsmittel in einer Lösung identifiziert haben, können Sie dessen Konzentration bestimmen. Die Konzentration kann auf verschiedene Arten ausgedrückt werden Masseprozent, Volumenprozent, Molfraktion, Molarität, Molalität, oder Normalität.

1. Masseprozentsatz (%)Dies ist die Masse des gelösten Stoffs geteilt durch die Masse der Lösung (Masse des gelösten Stoffs plus Masse des Lösungsmittels), multipliziert mit 100.
   Beispiel:
   Bestimmen Sie die prozentuale Massezusammensetzung einer 100 g Salzlösung, die 20 g Salz enthält.
   Lösung:
   20 g NaCl / 100 g Lösung x 100 = 20% NaCl-Lösung
2. Volumenprozent (% v / v) Volumenprozent oder Volumen / Volumenprozent werden am häufigsten bei der Herstellung von Lösungen von Flüssigkeiten verwendet. Volumenprozent ist definiert als:
   v / v% = [(Volumen des gelösten Stoffs) / (Volumen der Lösung)] x 100%
   Beachten Sie, dass sich der Volumenprozentsatz auf das Volumen der Lösung und nicht auf das Volumen von bezieht Lösungsmittel. Zum Beispiel enthält Wein etwa 12% v / v Ethanol. Dies bedeutet, dass auf 100 ml Wein 12 ml Ethanol kommen. Es ist wichtig zu erkennen, dass Flüssigkeits- und Gasvolumina nicht unbedingt additiv sind. Wenn Sie 12 ml Ethanol und 100 ml Wein mischen, erhalten Sie weniger als 112 ml Lösung.
   Als weiteres Beispiel kann 70% v / v Reibalkohol hergestellt werden, indem 700 ml Isopropylalkohol genommen und ausreichend Wasser zugesetzt werden, um 1000 ml Lösung zu erhalten (die nicht 300 ml sein wird)..
3. Molenbruch (X) Dies ist die Anzahl der Mole einer Verbindung geteilt durch die Gesamtzahl der Mole aller chemischen Spezies in der Lösung. Beachten Sie, dass die Summe aller Molenbrüche in einer Lösung immer 1 ist.
   Beispiel:Was sind die Molenbrüche der Bestandteile der Lösung, die gebildet werden, wenn 92 g Glycerin mit 90 g Wasser gemischt werden? (Molekulargewicht Wasser = 18; Molekulargewicht Glycerin = 92)
   Lösung:
   90 g Wasser = 90 g × 1 Mol / 18 g = 5 Mol Wasser
   92 g Glycerin = 92 g × 1 Mol / 92 g = 1 Mol Glycerin
   Gesamtmol = 5 + 1 = 6 Mol
   x_Wasser = 5 Mol / 6 Mol = 0,833
   x _Glycerin = 1 Mol / 6 Mol = 0,167
   Es ist eine gute Idee, Ihre Mathematik zu überprüfen, indem Sie sicherstellen, dass die Molenbrüche 1 ergeben:
   x_Wasser + x_Glycerin = 0,833 + 0,167 = 1.000
4. Molarität (M) Die Molarität ist wahrscheinlich die am häufigsten verwendete Konzentrationseinheit. Dies ist die Anzahl der Mol gelösten Stoffs pro Liter Lösung (nicht unbedingt das Volumen des Lösungsmittels!).
   Beispiel:
   Was ist die Molarität einer Lösung, die hergestellt wird, wenn Wasser zu 11 g CaCl gegeben wird?₂ 100 ml Lösung machen? (Das Molekulargewicht von CaCl₂ = 110)
   Lösung:
   11 g CaCl₂ / (110 g CaCl₂ / mol CaCl₂) = 0,10 mol CaCl₂
   100 ml × 1 l / 1000 ml = 0,10 l
   Molarität = 0,10 mol / 0,10 l
   Molarität = 1,0 M
5. Molalität (m) Die Molalität ist die Anzahl der Mol gelösten Stoffs pro Kilogramm Lösungsmittel. Da die Dichte von Wasser bei 25 ° C etwa 1 kg pro Liter beträgt, entspricht die Molalität für verdünnte wässrige Lösungen bei dieser Temperatur in etwa der Molarität. Dies ist eine nützliche Annäherung, aber denken Sie daran, dass es sich nur um eine Annäherung handelt und nicht gilt, wenn die Lösung eine andere Temperatur hat, nicht verdünnt ist oder ein anderes Lösungsmittel als Wasser verwendet.
   Beispiel:Was ist die Molalität einer Lösung von 10 g NaOH in 500 g Wasser? (Das Molekulargewicht von NaOH beträgt 40)
   Lösung:
   10 g NaOH / (40 g NaOH / 1 Mol NaOH) = 0,25 Mol NaOH
   500 g Wasser x 1 kg / 1000 g = 0,50 kg Wasser
   Molalität = 0,25 Mol / 0,50 kg
   Molalität = 0,05 M / kg
   Molalität = 0,50 m
6. Normalität (N) Normalität ist gleich Gramm Äquivalentgewicht eines gelösten Stoffes pro Liter Lösung. Ein Grammäquivalentgewicht oder ein Äquivalent ist ein Maß für die reaktive Kapazität eines gegebenen Moleküls. Normalität ist die einzige von der Reaktion abhängige Konzentrationseinheit.
   Beispiel:
   1 M Schwefelsäure (H₂SO₄) ist 2 N für Säure-Base-Reaktionen, da jedes Mol Schwefelsäure 2 Mol H liefert⁺ Ionen. Andererseits ist 1 M Schwefelsäure 1 N für die Sulfatfällung, da 1 Mol Schwefelsäure 1 Mol Sulfationen liefert.
7. Gramm pro Liter (g / l)
   Dies ist eine einfache Methode zur Herstellung einer Lösung, die auf Gramm gelösten Stoff pro Liter Lösung basiert.
8. Formalität (F)
   Eine formale Lösung wird in Bezug auf Formelgewichtseinheiten pro Liter Lösung ausgedrückt.
9. Teile pro Million (ppm) und Teile pro Milliarde (ppb)Diese Einheiten werden für extrem verdünnte Lösungen verwendet und geben das Verhältnis von Teilen gelösten Stoffs zu 1 Million Teilen der Lösung oder zu 1 Milliarde Teilen einer Lösung an.
   Beispiel:
   Eine Wasserprobe enthält 2 ppm Blei. Das bedeutet, dass auf eine Million Teile zwei davon Blei kommen. In einer 1-Gramm-Wasserprobe würden also zwei Millionstel Gramm Blei enthalten sein. Für wässrige Lösungen wird für diese Konzentrationseinheiten eine Wasserdichte von 1,00 g / ml angenommen.

Berechnen von Verdünnungen

Sie verdünnen eine Lösung, wenn Sie einer Lösung Lösungsmittel hinzufügen. Die Zugabe von Lösungsmittel führt zu einer Lösung mit geringerer Konzentration. Sie können die Konzentration einer Lösung nach einer Verdünnung berechnen, indem Sie diese Gleichung anwenden:

M_ichV_ich = M_fV_f

wobei M die Molarität ist, V das Volumen ist und sich die Indizes i und f auf die Anfangs- und Endwerte beziehen.

Beispiel:
Wie viele Milliliter 5,5 M NaOH werden benötigt, um 300 ml 1,2 M NaOH herzustellen?

Lösung:
5,5 M x V₁ = 1,2 M × 0,3 L
V₁ = 1,2 M × 0,3 L / 5,5 M
V₁ = 0,065 l
V₁ = 65 ml

Um die 1,2 M NaOH-Lösung herzustellen, gießen Sie 65 ml 5,5 M NaOH in Ihren Behälter und geben Wasser hinzu, um ein Endvolumen von 300 ml zu erhalten