Molinė koncentracija, skiedimas ir tirpalų stechiometrija

Molinė koncentracija skaičiuoja molius litre tirpalo

Molinė koncentracija, dar vadinama medžiagos kiekio koncentracija, yra tirpinio kiekis moliais, padalytas iš tirpalo tūrio litrais: c = n/V, vienetais mol/L, dažnai žymima M. 0.250 mol/L gliukozės tirpalas kiekviename galutinio tirpalo litre turi 0.250 mol gliukozės. Laužtiniai skliaustai žymi dalelės molinę koncentraciją, kaip [Cl⁻].

Tūris yra tirpalo, o ne tirpiklio tūris. Ištirpinus tirpinį lygiai 1.000 L vandens, bendras tūris paprastai nėra 1.000 L, todėl tirpalai ruošiami iki kalibravimo žymės matavimo kolboje, o ne pridedant išmatuotą vandens tūrį.

Stipriojo elektrolito jonų koncentracijos išplaukia iš formulės. 0.150 mol/L CaCl₂ tirpalas turi 0.150 mol/L Ca²⁺ ir 0.300 mol/L Cl⁻, nes kiekvienas formulinis vienetas išskiria du chlorido jonus. Molinė koncentracija taip pat šiek tiek kinta su temperatūra, nes šildomi tirpalai plečiasi.

Tirpalo ruošimas iš pasvertos kietos medžiagos

Reikiamas kiekis yra n = c × V, o svertina masė yra n × M, kur M yra molinė masė. Pasverkite kietą medžiagą, ištirpinkite ją mažesniame nei galutinis tūris vandens kiekyje, perpilkite į matavimo kolbą, stikliną perplaudami į kolbą, praskieskite iki žymės ir išmaišykite apverčiant.

Išspręstas pavyzdys: paruoškite 250.0 mL 0.0800 mol/L vario(II) sulfato iš mėlynų vario(II) sulfato pentahidrato kristalų, CuSO₄·5H₂O. Naudojant IUPAC standartines atomines mases, suapvalintas iki dviejų skaitmenų po kablelio (Cu 63.55, S 32.06, O 16.00, H 1.01), hidrato molinė masė yra 63.55 + 32.06 + 4(16.00) + 5(18.02) = 249.71 g/mol.

n = 0.0800 mol/L × 0.2500 L = 0.02000 mol. Masė = 0.02000 mol × 249.71 g/mol = 4.994 g, todėl pasverkite 4.99 g pentahidrato. Kiekvienas formulinis vienetas vis tiek suteikia vieną Cu²⁺ ir vieną SO₄²⁻, tačiau hidratacijos vanduo prideda masės, kurią sveriate. Jei būtumėte naudoję bevandenio junginio molinę masę, 159.61 g/mol, ir pasvėrę 3.19 g hidrato, tirpalas būtų tik 0.0511 mol/L, apie 36% per skystas.

Pradinio tirpalo skiedimas pagal C₁V₁ = C₂V₂

Pridėjus tirpiklio, keičiasi tūris, bet ne tirpinio kiekis. Kadangi n = cV prieš skiedimą ir po jo, C₁V₁ = C₂V₂, kur 1 žymi pradinį, o 2 – praskiestą tirpalą. Tinka bet kuris tūrio vienetas, jei abu tūriai išreikšti tuo pačiu, nes vienetai susiprastina.

Išspręstas pavyzdys: jums reikia 500.0 mL 0.360 mol/L natrio chlorido ir turite 2.40 mol/L pradinį tirpalą. V₁ = C₂V₂ ÷ C₁ = (0.360 mol/L × 500.0 mL) ÷ 2.40 mol/L = 75.0 mL. Patikra: pradinis tirpalas yra 2.40 ÷ 0.360 = 6.67 karto koncentruotesnis, todėl jums reikia maždaug vienos septintosios galutinio tūrio, o 500.0 mL ÷ 6.67 = 75.0 mL.

Į 500-mL matavimo kolbą įpilkite 75.0 mL pradinio tirpalo ir praskieskite iki žymės. Nepilkite tiesiog 425.0 mL vandens: tirpalų tūriai nėra griežtai adityvūs, o C₂ susijusi su galutiniu tūriu. Skiesdami koncentruotą rūgštį, pilkite rūgštį į vandenį, o ne vandenį į rūgštį, nes išsiskyrusi šiluma gali sukelti taškymąsi.

Tirpalų stechiometrija: iš tūrio į molius ir atgal

Reakcijose tarp tirpalų molinė koncentracija tūrį paverčia moliais pagal n = c × V. Tada molių santykis iš suderintos lygties taikomas lygiai taip pat, kaip masės stechiometrijoje, o kita molinė koncentracija prireikus perskaičiuoja atgal į tūrį.

Išspręstas pavyzdys: koks 0.125 mol/L bario chlorido tūris nusodina visą sulfatą iš 40.0 mL 0.0850 mol/L natrio sulfato ir kokia bario sulfato masė susidaro? Grynoji joninė lygtis yra Ba²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) → BaSO₄(s). n(SO₄²⁻) = 0.0850 mol/L × 0.0400 L = 3.40 × 10⁻³ mol. Santykis yra 1:1, o kiekvienas BaCl₂ suteikia vieną Ba²⁺, todėl V = 3.40 × 10⁻³ mol ÷ 0.125 mol/L = 0.0272 L, arba 27.2 mL.

BaSO₄ molinė masė (Ba 137.33, S 32.06, O 16.00) yra 233.39 g/mol, taigi susidariusi masė yra 3.40 × 10⁻³ mol × 233.39 g/mol = 0.794 g. Kiekvienas atsakymas turi tris reikšminius skaitmenis, nustatytus pagal 0.0850 mol/L, 40.0 mL ir 0.125 mol/L.

Titravimas: biuretės rodmens pavertimas koncentracija

Titruojant žinomos koncentracijos tirpalas, titrantas, iš biuretės pilamas į išmatuotą mėginio tūrį, kol reakcija pasibaigia. Ekvivalentiškumo taškas yra tada, kai pridėto titranto kiekis stechiometriniu santykiu atitinka mėginio kiekį. Titravimo pabaigos taškas yra tada, kai indikatorius pakeičia spalvą, o tinkamas indikatorius šiuos du taškus beveik sutapatina.

Išspręstas pavyzdys: 20.00 mL nežinomos koncentracijos bario hidroksido tirpalo mėginiui pasiekti fenolftaleino pabaigos tašką reikia 28.36 mL 0.1208 mol/L druskos rūgšties. Ba(OH)₂(aq) + 2 HCl(aq) → BaCl₂(aq) + 2 H₂O(l). n(HCl) = 0.1208 mol/L × 0.02836 L = 3.426 × 10⁻³ mol. n(Ba(OH)₂) = 3.426 × 10⁻³ mol ÷ 2 = 1.713 × 10⁻³ mol. c(Ba(OH)₂) = 1.713 × 10⁻³ mol ÷ 0.02000 L = 0.08565 mol/L, keturių reikšminių skaitmenų tikslumu.

Koeficientas 2 svarbus. Reakciją traktuojant kaip 1:1, būtų gauta 0.1713 mol/L, dvigubai daugiau nei tikroji vertė, todėl C₁V₁ = C₂V₂ neturėtų būti naudojama titravimui. Paties titranto koncentracija iš anksto nustatoma standartizuojant – titruojant jį pagal pasvertą pirminį standartą; rūgštims įprastas pasirinkimas yra natrio karbonatas.

Koncentracijos klaidos ir kaip jas pastebėti

Dauguma koncentracijos klaidų yra vienetų ar sąrankos klaidos. Vienetų rašymas prie kiekvieno dydžio ir tikrinimas, ar rezultatas keičiasi laukiama kryptimi, pastebi beveik visas.

Praskiestas tirpalas turi būti mažiau koncentruotas nei pradinis, hidratui sverta masė turi būti didesnė nei bevandenei druskai, o titranto tūris turėtų patekti į biuretės ribas. Rezultatas, pažeidžiantis bet kurį iš šių dalykų, nusipelno antro žvilgsnio.

• Mililitrų naudojimas n = c × V, kai c yra mol/L. Pirmiausia perskaičiuokite į litrus; mL × mol/L nedaro mol.
• Tirpiklio tūrio naudojimas vietoj galutinio tirpalo tūrio.
• Bevandenio junginio molinės masės naudojimas hidratui.
• C₁V₁ = C₂V₂ taikymas reakcijai. Ji aprašo tik skiedimą; reakcijoms eikite per molius ir molių santykį.
• Jonų kartotinumo pamiršimas, pavyzdžiui, 0.150 mol/L CaCl₂ laikymas 0.150 mol/L Cl⁻.
• Galutinio vandens tūrio pridėjimas vietoj skiedimo iki galutinio tūrio.