Główna zawartość

Chemia - program rozszerzony

Kurs: Chemia - program rozszerzony > Rozdział 7

Lekcja 3: Zawiesiny, koloidy oraz roztwory

Stężenia molowe

Stężenia molowe

Definicje roztworu, rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej. Jak molarność używana jest do wyrażenia liczbowo stężenia roztworu oraz obliczenia związane z molarnością.

Kluczowe informacje

Mieszaniny o jednolitym składzie nazywane są mieszaninami jednorodnymi, homogenicznymi lub roztworami.
Mieszaniny, których skład nie jest jednolity to mieszaniny niejednorodne, heterogeniczne.
Substancja, która w mieszaninie jest obecna w największej ilości nazywana jest rozpuszczalnikiem, a pozostałe elementy mieszaniny to substancje rozpuszczone.
Stężenie molowe czy molarność to liczba moli substancji rozpuszczonej w litrze roztworu i może być obliczona, używając poniższego równania:

$Stężenie molowe = \frac{liczba moli substancji rozpuszczonej}{objętość roztworu w L}$ ‍

Stężenie molowe może służyć do wyliczenia masy czy liczby moli substancji rozpuszczonej i objętości roztworu.

Wstęp: mieszaniny i roztwory

W życiu codziennym, często spotykamy się z substancjami, które są różnego rodzaju mieszaninami. Jednym z przykładów mieszaniny jest ludzkie ciało. Czy wiesz, że jego masa to w około

57 %

woda? W zasadzie, jesteśmy zbiorem biologicznych cząsteczek, gazów i jonów nieorganicznych, rozpuszczonych w wodzie. Nie wiem, jak Ty, ale ja uważam, że to niesamowite!

Jeżeli substancje są połączone w taki sposób, że mieszanina jest taka sama w całej próbce to są nazywane mieszaniną homogeniczną. Z kolei, jeżeli mieszanina nie ma takiego samego składu przez całą próbkę nazywana jest heterogeniczną.

Mieszaniny homogeniczne nazywane są również roztworami i mogą zawierać składniki, które są ciałami stałymi, cieczami i/lub gazami. Często chcemy określić ilość substancji rozpuszczonej w roztworze czyli jej stężenie. W tym artykule, dowiesz się, jak liczbowo wyrazić stężenie i przedyskutujemy, jak ta informacja może zostać użyta do obliczeń stechiometrycznych.

Stężenie molowe

[Czy stężenie molowe to to samo co molalne?]

Składnik roztworu występujący w największej ilości nazywany jest rozpuszczalnikiem. Każda substancja chemiczna zmieszana z rozpuszczalnikiem nazywana jest substancją rozpuszczoną i może być zarówno gazem, cieczą, jak i ciałem stałym. Przykładowo, ziemska atmosfera jest mieszaniną

78 %

azotu,

21 %

tlenu i

1 %

argonu, dwutlenku węgla i innych gazów. Możemy rozważać atmosferę ziemską, jako roztwór, w którym rozpuszczalnikiem jest azot, a substancjami rozpuszczonymi- tlen, argon i dwutlenek węgla.

Molarność czyli stężenie molowe roztworu, definiowane jest jako liczba moli substancji rozpuszczonej w litrze roztworu (nie w litrze rozpuszczalnika!):

[Co to jest mol?]

$Stężenie molowe = \frac{liczba moli substancji rozpuszczonej}{objętość roztworu w L}$ ‍

[Dlaczego objętość roztworu to nie to samo co objętość rozpuszczalnika?]

Molarność wyrażana jest w jednostce

\frac{mol}{litr}

, która może być skrócona do

M

(czytane jako "molowy"). Stężenie molowe substancji można zapisać, jako jej wzór chemiczny w kwadratowych nawiasach. Dla przykładu, stężenie jonów chlorkowych można zapisać jako

[{Cl}^{-}]

. Stężenie molowe pozwala nam przeliczać objętość roztworu na liczbę moli (lub masę) substancji rozpuszczonej.

Sprawdzenie: Brąz jest stopem, który może być traktowane jako roztwór w stałym stanie skupienia, złożony z ~ $88 %$ ‍ miedzi zmieszanej z $12 %$ ‍ cyny. Co jest rozpuszczalnikiem, a co substancją rozpuszczoną w brązie?

[Pokaż odpowiedź]

Przykład 1.: Obliczanie stężenia molowego substancji rozpuszczonej

Rozważmy przykład roztworu, przygotowanego poprzez rozpuszczenie

2,355 g

kwasu siarkowego -

H_{2} {SO}_{4}

w wodzie. Całkowita objętość roztworu wynosi

50, 0 mL

. Jakie jest stężenie molowe kwasu siarkowego

[H_{2} {SO}_{4}]

Aby obliczyć

[H_{2} {SO}_{4}]

musimy wiedzieć ile moli kwasu siarkowego znajduje się w roztworze. Możemy przeliczyć masę substancji rozpuszczonej na mole, używając masy molowej kwasu siarkowego-

98, 08 \frac{g}{mol}

${liczba moli H}_{2} {SO}_{4} = 2,355 g H_{2} {SO}_{4} \times \frac{1 mol}{98, 08 g} = 0,024 01 {moli H}_{2} {SO}_{4}$ ‍

Możemy podstawić liczbę moli kwasu siarkowego i całkowitą objętość roztworu do wzoru i obliczyć stężenie molowe kwasu siarkowego:

$\begin{aligned} [H_{2} {SO}_{4}] & = \frac{liczba moli substancji rozpuszczonej}{objętość roztworu w L} \\ = \frac{0,024 01 mol}{0,050 L} \\ = 0, 48 M \end{aligned}$ ‍

Sprawdzenie wiedzy: Jakie jest stężenie molowe jonów $H^{+}$ ‍ w $4, 8 {M roztworze H}_{2} {SO}_{4}$ ‍?

[Pokaż odpowiedź]

Przykład 2: Przygotowywanie roztworu o danym stężeniu

Czasami mamy dane stężenie i końcową objętość roztworu i potrzebujemy wyliczyć ile substancji rozpuszczonej musimy dodać. W tym wypadku, należy przekształcić wzór na stężenie molowe tak, aby otrzymać liczbę moli substancji rozpuszczonej.

$liczba moli substancji rozpuszczonej = Stężenie molowe \times objętość roztworu w L$ ‍

Przykładowo, załóżmy, że chcemy otrzymać

0,250 L

wodnego roztworu, w którym

[NaCl] = 0,800 M

. Jaką masę substancji rozpuszczonej,

NaCl

, należy dodać aby otrzymać taki roztwór?

Używając przekształconego wzoru na stężenie molowe możemy obliczyć liczbę moli

NaCl

potrzebnych do otrzymania określonego stężenia w danej objętości roztworu:

$\begin{aligned} liczba moli NaCl & = [NaCl] \times objętość roztworu w L \\ = 0,800 \frac{mol}{l} \times 0,250 L \\ = 0,200 mola NaCl \end{aligned}$ ‍

Następnie, używając masy cząsteczkowej chlorku sodu-

58, 44 \frac{g}{mol}

, możemy przeliczyć liczbę moli na masę

NaCl

$Masa NaCl = 0,200 mola \times \frac{58, 44 g}{1 mol} = 11, 7 g NaCl$ ‍

W praktyce, możemy wykorzystać tę informację do przygotowania roztworu w następujący sposób:

Krok

1.

Odważ

11, 7 g

chlorku sodu.

Krok

2.

Przenieś chlorek sodu do czystej, suchej kolby.

Krok

3.

Dodaj wodę do

NaCl

aż do osiągnięcia całkowitej objętości roztworu t.j.

250 mL

Krok

4.

Mieszaj aż

NaCl

całkowicie się rozpuści.

Dokładność otrzymanego stężenia molowego zależy od używanego przez nas szkła i dokładność z jaką odmierzona została substancja rozpuszczona. Wybór szkła określa dokładność otrzymanej objętości roztworu. Jeśli nie jesteśmy wybredni, możemy przygotować roztwór w kolbie Erlenmeyera, czy zlewce. Natomiast, jeżeli chcemy być wyjątkowo dokładni, na przykład przygotowując roztwór standardu do eksperymentu z zakresu chemii analitycznej, użyjemy do zmieszania substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika kolby miarowej (obrazek poniżej).

Podsumowanie

Mieszaniny o jednolitym składzie nazywane są roztworami homogenicznymi.
Mieszaniny, których skład nie jest jednolity nazywane są mieszaninami heterogenicznymi.
Substancja, która w mieszaninie obecna jest w największej ilości nazywana jest rozpuszczalnikiem, a pozostałe elementy mieszaniny to substancje rozpuszczone.
Stężenie molowe czy molarność to liczba moli substancji rozpuszczonej w litrze roztworu i może być obliczona przy użyciu poniższego równania:

$Stężenie molowe = \frac{liczba moli substancji rozpuszczonej}{objętość roztworu w L}$ ‍

Stężenie molowe może służyć do wyliczenia masy czy liczby moli substancji rozpuszczonej i objętości roztworu.

[Przypisy i referencje]

Spróbuj tego: Stechiometria reakcji wytrącania

Molarność jest użytecznym konceptem do obliczeń stechiometrycznych dla reakcji, w których biorą udział roztworu takich, jak wytrącanie czy zobojętnianie. Przykładowo, rozważmy reakcje wytrącania, zachodzącą między

{Pb(NO}_{3})_{2} (a q)

KI (a q)

. Kiedy te dwie substancje są ze sobą połączone, wytrąca się jasny, żółty osad

{PbI}_{2} (s)

. Zbilansowane równanie tej reakcji to:

${Pb(NO}_{3})_{2} (a q) + 2 KI (a q) \to {PbI}_{2} (s) + 2 {KNO}_{3} (a q)$ ‍

Jeżeli mamy $0, 1 L$ ‍ $0, 10 {M Pb(NO}_{3})_{2}$ ‍, to jaką objętość $0, 10 M KI (a q)$ ‍ należy dodać, żeby całe ${Pb(NO}_{3})_{2} (a q)$ ‍ przereagowało?

[Wskazówka 1]

[Wskazówka 2]

[Wskazówka 3]

Chcesz dołączyć do dyskusji?

Zaloguj się

Sortuj według

Na razie brak głosów w dyskusji

Rozumiesz angielski? Kliknij tutaj, aby zobaczyć więcej dyskusji na angielskiej wersji strony Khan Academy.