Bestämning av koncentrationen av en lösning

Innehåll

Att gå
Del 1 av 3: Grundläggande kunskaper om koncentrationer
Del 2 av 3: Titrering
Del 3 av 3: Bestämning av salthalten i ett akvarium
Tips
Varningar

I kemi eller kemi, en lösning en homogen blandning av två saker - en upplöst ämne och a lösningsmedel eller lösningsmedel där ämnet är upplöst. Koncentration är ett mått på mängden löst ämne i ett lösningsmedel. Det kan finnas många skäl för att bestämma koncentrationen av en lösning, men den berörda kemin är densamma oavsett om du testar klornivån i en pool eller utför en livräddande analys på ett blodprov. Denna guide kommer att lära dig några grundläggande delar av lösningskemi och sedan gå igenom proceduren för en vanlig, praktisk tillämpning - akvariumunderhåll.

Att gå

Del 1 av 3: Grundläggande kunskaper om koncentrationer

Notationsmetod för koncentrationer. En koncentration av ett ämne är mängden löst ämne dividerat med mängden lösningsmedel. Men eftersom det finns olika sätt att uttrycka mängden av ett givet ämne är det också möjligt att representera en koncentration på olika sätt. Här hittar du de vanligaste stavningarna:
- Gram per liter (g / L.) Massan av ett löst ämne i gram upplöst i en given volym av en lösning (som inte nödvändigtvis är densamma som volymen av lösningsmedlet.) Används vanligtvis för lösningar av fasta ämnen i flytande lösningsmedel.
- Molarity (M.) Antalet mol av ett löst ämne dividerat med lösningsvolymen.
- Delar per miljon (ppm.) Förhållandet mellan antalet partiklar (vanligtvis i gram) av ett löst ämne per en miljon partiklar av en lösning, multiplicerat med 10. Används vanligtvis för mycket utspädda vattenlösningar (1 liter vatten = 1000 gram.)
- Procent av sammansatt substans. Förhållandet mellan partiklar (återigen i gram) av en löst substans per 100 partiklar av en lösning, uttryckt i procent.
Vet vilka data du behöver för att hitta en koncentration. Med undantag av molaritet (se nedan) kräver de vanliga sätten att skriva en koncentration enligt ovan att du känner till lösningsmedlets massa och massan eller volymen av den resulterande lösningen. Många kemiska problem som kräver att man hittar koncentrationen av en lösning ger dig inte denna information. Om så är fallet måste du arbeta med vad du vet för att ta reda på den här informationen.
- Exempel: Antag att vi måste hitta koncentrationen (i gram per liter) av en lösning som görs genom att lösa upp 1/2 tesked salt i 2 liter vatten. Vi vet också att en tesked salt är cirka 6 gram. I det här fallet är omvandlingen enkel - multiplicera: 1/2 teskedar x (6 gram / 1 tesked) = 3 gram salt. 3 gram salt dividerat med 2 liter eller vatten = 1,5 g / l
Lär dig hur man beräknar molaritet. Molaritet kräver att du känner till antalet mol av din lösta substans, men detta kan lätt härledas om du vet massan av den upplösta produkten och den kemiska formeln. Varje kemiskt element har en känd "molär massa" (MM) - en specifik massa för en mol av det grundämnet. Dessa molära massor finns i det periodiska systemet (vanligtvis under kemisk symbol och elementnamn.) Lägg bara till molmassorna för komponenterna i det lösta ämnet för att få molmassan. Multiplicera sedan den kända massan av lösningen med (1 / MM av din lösta substans) för att hitta mängden av din lösta substans i mol.
- Exempel: Antag att vi vill hitta molariteten hos ovanstående saltlösning. Bara för att sammanfatta, vi har 3 gram salt (NaCl) i 2 liter vatten. Börja med att ta reda på vilka molmassor Na och Cl är genom att titta på det periodiska systemet. Na = cirka 23 g / mol och Cl = cirka 35,5 g / mol. Således är MM för NaCl = 23 + 35,5 = 58,5 g / mol. 3 gram NaCl x (1 mol NaCl / 58,5 g NaCl) = 0,051 mol NaCl. 0,051 mol NaCl / 2 liter vatten = 0,026 M NaCl
Öva på standardövningar för att beräkna koncentrationer. Ovanstående kunskap är allt du behöver för att beräkna koncentrationerna i enkla situationer. Om du i princip vet lösningens massa eller volym och mängden löst ämne, eller om du kan härleda detta från informationen i uttalandet, bör du enkelt kunna mäta koncentrationen av en lösning. Gör träningsproblem för att förbättra dina färdigheter. Se exempelövningarna nedan:
- Vad är molariteten för NaCL i en 400 ml lösning, erhållen genom att tillsätta 1,5 gram NaCl till vatten?
- Vad är koncentrationen, i ppm, av en lösning gjord genom att tillsätta 0,001 g bly (Pb) till 150 liter vatten? (1 liter vatten = 1000 gram) I det här fallet ökar lösningsvolymen med en liten mängd genom att tillsätta ämnet så att du kan använda lösningsmedlets volym som lösningsvolym.
- Hitta koncentrationen i gram per liter av en 0,1 L-lösning genom att tillsätta 1/2 mol KCl till vatten. För detta problem måste du arbeta framifrån och bakåt med molmassan av KCL för att beräkna antalet gram KCl i lösningen.

Del 2 av 3: Titrering

Förstå när du ska använda en titrering. Titrering är en teknik som används av kemister för att beräkna mängden löst ämne som finns i en lösning. För att utföra en titrering skapar du en kemisk reaktion mellan det lösta ämnet och ett annat reagens (vanligtvis också upplöst). Eftersom du vet den exakta mängden av ditt andra reagens och du vet den kemiska ekvationen för reaktionen mellan reagenset och lösningsmedlet, kan du beräkna mängden av din lösta substans genom att mäta hur mycket av reagenset du behöver för reaktionen med lösningen. komplett.
- Så titreringar kan vara mycket användbara vid beräkning av koncentrationen av en lösning om du inte vet hur mycket löst ämne ursprungligen tillsattes.
- Om du vet hur mycket av en löst substans som finns i lösningen, finns det inget behov av att titrera - bara mäta volymen på din lösning och beräkna koncentrationen, som beskrivs i del 1.
Ställ in din titreringsutrustning. För att utföra noggranna titreringar behöver du ren, korrekt och professionell utrustning. Använd en Erlenmeyer-kolv eller bägare under en kalibrerad burett som är fäst på en burethållare. Burettens munstycke ska vara i halsen på kolven eller bägaren utan att vidröra väggarna.
- Se till att all utrustning har rengjorts tidigare, sköljts med avjoniserat vatten och är torr.
Fyll kolven och buretten. Mät en liten mängd av den okända lösningen noggrant. När det är upplöst sprids ämnet jämnt genom lösningsmedlet, så koncentrationen av detta lilla prov av lösningen blir densamma som för den ursprungliga lösningen. Fyll din burett med en lösning med en känd koncentration som kommer att reagera med din lösning. Anteckna den exakta volymen av lösning i buretten - subtrahera den slutliga volymen för att hitta den totala lösningen som används i reaktionen.
- Var uppmärksam: om reaktionen mellan lösningen i buretten och lösningsmedlet i kolven inte visar något tecken på reaktion kommer du att göra det indikator i kolven. Dessa används i kemi för att ge en visuell signal när en lösning når ekvivalenspunkten eller slutpunkten. Indikatorer används vanligtvis för titreringar som undersöker syrabas- och redoxreaktioner, men det finns också flera andra indikatorer. Konsultera en kemibok eller titta på internet för att hitta en lämplig indikator för din reaktion.
Börja titreringen. Tillsätt långsamt en lösning från buretten ("titreringen") i kolven. Använd en magnetisk omrörare eller glasrörelse för att försiktigt blanda lösningen medan reaktionen pågår. Om din lösning synligt reagerar bör du se vissa tecken på att en reaktion äger rum - färgförändring, bubblor, rester etc. Om du använder en indikator kan du se varje droppe som kommer genom buretten i rätt kolv a färgförändring.
- Om reaktionen resulterar i en förändring av pH-värdet eller potentialen kan du lägga till pH-läsare eller en potentiometer i kolven för att mäta utvecklingen av den kemiska reaktionen.
- För en mer exakt titrering, övervaka pH eller potential enligt ovan och notera varje gång hur reaktionen fortskrider efter tillsats av en liten mängd titreringsmedel. Rita upp surhetsgraden i lösningen eller potentialen jämfört med volymen tillsatt titreringsmedel. Du kommer att se skarpa förändringar i kurvens lutning vid svarets ekvivalenspunkter.
Sakta ner din titrering. När din kemiska reaktion närmar sig slutpunkten, sakta titreringen till en droppvis progression. Om du använder en indikator kanske du märker att färgen blinkar längre. Fortsätt nu att titrera så långsamt som möjligt tills du kan bestämma den exakta droppen som får din reaktion att nå slutpunkten. När det gäller en indikator tittar du i allmänhet på tidigast möjliga ihållande färgförändring i svaret.
- Spela in den slutliga volymen i din burett. Om du drar detta från startvolymen i buretten kan du hitta den exakta volymen på titreringen du använde.
Beräkna mängden löst ämne i din lösning. Använd den kemiska ekvationen för reaktionen mellan din titrerande och lösningen för att hitta antalet mol upplöst i kolven. När du väl har hittat antalet mol löst ämne kan du helt enkelt dela det med volymen av lösningen i kolven för att hitta molariteten hos lösningen eller konvertera antalet mol till gram och dela med lösningsvolymen. , för att få koncentrationen i g / L. Detta kräver lite grundläggande kunskaper om stökiometri.
- Antag till exempel att vi använde 25 ml 0,5 M NaOH vid titrering av en lösning av HCl i vatten till ekvivalenspunkten. HCl-lösningen hade en volym av 60 ml för titreringen. Hur många mol HCl finns i vår lösning?
- För att komma igång, låt oss ta en titt på den kemiska ekvationen för reaktionen av NaOH och HCl: NaOH + HCl> H₂O + NaCl
- I detta fall reagerar 1 molekyl NaOH med 1 molekyl HCl med produkterna vatten och NaCl. Så eftersom du tillsatte precis tillräckligt med NaOH för att neutralisera all HCl, kommer antalet mol NaOH som konsumeras i reaktionen att vara lika med antalet mol HCl i kolven.
- Så låt oss ta reda på hur mycket NaOH i mol. 25 ml NaOH = 0,025 L NaOH x (0,5 mol NaOH / 1 L) = 0,0125 mol NaOH.
- Eftersom vi från reaktionsekvationen drog slutsatsen att antalet mol NaOH som konsumeras i reaktionen = antalet mol HCl i lösningen, vet vi nu att det finns 0,0125 mol HCl i lösningen.
Beräkna koncentrationen av din lösning. Nu när du vet mängden löst ämne i din lösning är det lätt att hitta koncentrationen när det gäller molaritet. Dela helt enkelt antalet mol löst i din lösning med volymen på ditt lösningsprov (inte volymen på den större mängden du tog provet från.) Resultatet är molariteten i din lösning!
- För att hitta molariteten i exemplet ovan, dela antalet mol HCl med volymen i kolven. 0,0125 mol HCl x (1 / 0,060 L) = 0,208 M HCl.
- För att konvertera molaritet till g / L, ppm eller procent av kompositionen, konvertera antalet mol av din lösta substans till massa (med hjälp av molmassan för din lösta substans.) För ppm och procent av föreningen måste du också konvertera volymen av din masslösning (med en omvandlingsfaktor som densitet, eller helt enkelt genom att väga den), multiplicera sedan resultatet med 10 respektive 10.

Del 3 av 3: Bestämning av salthalten i ett akvarium

Ta ett vattenprov från din tank. Spela in volymen exakt. Mät om möjligt volymen i SI-enheter som ml - dessa är lätta att konvertera till L.
- I detta exempel testar vi vattnet i akvariet med avseende på salthalt, koncentrationen av salt (NaCl) i vattnet. Antag att vi tar ett vattenprov för detta ändamål 3 ml från akvariet och ställ sedan in det slutliga svaret som ska ges g / L.
Titrera vattenprovet. Välj en titrant som ger en tydligt synlig reaktion i lösningen. I det här fallet använder vi en lösning av 0,25 M AgNO₃ (silvernitrat), en förening som producerar ett olösligt klorsalt när det reagerar med NaCl i följande reaktion: AgNO₃ + NaCl> NaNO₃ + AgCl. Saltet (AgCl) är synligt som en grumlig vit rest som flyter och kan separeras från lösningen.
- Titrera silvernitrat från en burett eller liten injektionsnål i akvariumprovet tills lösningen blir grumlig. Med ett så litet urval är det viktigt att exakt bestäm hur mycket silvernitrat du har lagt till - studera varje droppe noggrant.
Fortsätt tills reaktionen slutar. När silvernitratet slutar grumla lösningen kan du notera antalet tillsatta ml. Titrera AgNO3 väldigt långsam och observera lösningen noga, särskilt när slutpunkten närmar sig.
- Antag att det finns 3 ml av 0,25 M AgNO₃ var nödvändigt för att reaktionen skulle ta slut och vattnet grumlade inte längre.
Bestäm antalet mol av titreringen. Det här steget är enkelt - multiplicera volymen på titreringen du lagt till med molariteten. Detta ger dig antalet mol titrer som används.
- 3 ml x 0,25 M = 0,003 L x (0,25 mol AgNO₃/ 1 L) = 0,000075 mol AgNO₃.
Bestäm antalet mol av din lösta substans. Använd reaktionsekvationen för att konvertera antalet mol AgNO₃ till mol NaCl. Reaktionsekvationen är: AgNO₃ + NaCl> NaNO₃ + AgCl. Eftersom 1 mol AgNO₃ reagerar med 1 mol NaCl, vi vet nu att antalet mol NaCl i vår lösning = antalet mol AgNO₃ som läggs till: 0,000075 mol.
- I det här fallet: 1 mol AgNO₃ reagerar med 1 mol NaCl. Men om 1 mol titrerande reagerar med 2 mol av vår lösta substans, skulle vi multiplicera antalet mol av vår titrerande med 2 för att få antalet mol av vår lösta substans.
- Däremot, om 2 mol av vår titrerande reagerar med 1 mol av vår lösta substans, dividerar vi antalet mol av titreringen med två.
- Dessa regler motsvarar proportionellt 3 mol titreringsmedel och 1 mol löst ämne, 4 mol titreringsmedel och 1 mol löst ämne etc. samt 1 mol titreringsmedel och 3 mol löst ämne, 1 mol titreringsmedel och 4 mol löst ämne, etc.
Konvertera ditt upplösta antal mol till gram. För att göra detta måste du beräkna den lösta upplösningens massa och multiplicera den med antalet mol av din upplösta substans. För att hitta den molära massan av NaCl, använd det periodiska systemet för att hitta och tillsätta atomvikten av salt (Na) och klorid (Cl).
- MM Na = 22 990. MM Cl = 35 453.
- 22,990 + 35,453 = 58,443 g / mol
- 0,000075 mol NaCl x 58,442 g / mol = 0,00438 mol NaCl.
- Var uppmärksam: Om det finns mer än en av en typ av molekyl i en atom, måste du lägga till molmassan för den atomen flera gånger. Till exempel om du är molmassan för AgNO₃, skulle du lägga till massan av syre tre gånger eftersom det finns tre syreatomer i molekylen.
Beräkna den slutliga koncentrationen. Vi har massan av vår lösta substans i gram och vi känner till testlösningens volym. Allt vi behöver göra nu är att dela upp: 0,00438 g NaCl / 0,003 L = 1,46 g NaCl / 1
- Saltvattnet på havsvatten är cirka 35 g NaCl / L. Vårt akvarium är inte tillräckligt salt för marina fiskar.

Tips

Även om lösningsmedlet och lösningsmedlet kan existera i olika tillstånd (fast, flytande eller gas) när de separeras, kommer lösningen som bildas när substansen löses upp i samma tillstånd som lösningsmedlet.
Ag + 2 HNO3 → AgNO3 + NO2 + H2O
Använd endast klar plast eller glas.
Här är ett exempel på video: [1]

Varningar

Förvara AgNO3-lösningen i en sluten, mörk flaska. Det är känsligt för ljus.
Var försiktig när du arbetar med starka syror eller baser. Se till att det finns tillräckligt med frisk luft i rummet.
Använd skyddsglasögon och handskar.
Om du vill få tillbaka silver, notera följande: Cu (s) + 2 AgNO3 (aq) → Cu (NO3) 2 + 2 Ag (s) Kom ihåg att (s) betyder fast.