Инженерный справочник DPVA.info

Проект Карла III Ребане и хорошей компании
 Задвижки, фильтры, кланы, клапаны, виброкомпенсаторы ABRA
Межфланцевые прокладки. Герметики. Уплотнительные материалы

Мы ВКонтакте:


Технорасчеты МАСМАТ

Free counters!


Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Химический справочник / / Концентрация. Доля.  / / Концентрации растворов. Массовая и молярная концентрация, Титр, Моляльность, Мольная, массовая, объемная доли. Нормальная (эквивалентная) концентрация, Фактор эквивалентности, Молярная масса эквивалента вещества

Концентрации растворов. Массовая и молярная концентрация, Титр, Моляльность, Мольная, массовая, объемная доли. Нормальная (эквивалентная) концентрация, Фактор эквивалентности, Молярная масса эквивалента вещества
Поделитесь ссылкой с друзьями:

Количество и концентрация вещества. Выражение и пересчеты из одних единиц в другие. Концентрации растворов. Массовая и молярная концентрация, Титр, Моляльность, Мольная, массовая, объемная доли. Нормальная (эквивалентная) концентрация, Фактор эквивалентности, Молярная масса эквивалента вещества.

Масса и количество вещества. Массу вещества (m) измеряют в граммах, а количество вещества (n) в молях. Если обозначить вещество буквой Х, то тогда его масса может быть обозначена как m (X), а количество – n (X).
  • Мольколичество вещества, которое содержит столько определенных структурных единиц (молекул, атомов, ионов и т.д.), сколько атомов содержится в 0,012 кг изотопа углерода-12.
  • При использовании термина моль следует указывать частицы, к которым относится этот термин. Соответственно, можно говорить «моль молекул», «моль атомов», «моль ионов» и т.д. (например, моль молекул водорода, моль атомов водорода, моль ионов водорода). Так как 0,012 кг углерода-12 содержит ~ 6,022х1023атомов углерода (постоянная Авогадро = число Авогадро), то моль– такое количество вещества, которое содержит 6,022х1023структурных элементов (молекул, атомов, ионов и др.).
    • Отношение массы вещества к количеству вещества называют молярной массой.
    • M (X) = m (X) / n(X)
    • То есть, молярная масса (М)это масса одного моля вещества. Основной системной (в международной системе единиц СИ) единицей молярной массы является кг/моль, а на практике – г/моль. Например, молярная масса самого легкого металла лития М (Li) = 6,939 г/моль, молярная масса газа метана М (СН4) = 16,043 г/моль. Молярная масса серной кислоты рассчитывается следующим образом M (Н24) = 196 г / 2 моль = 96 г/моль.
    • Молярная масса М (Х) -- масса одного моля молекул вещества (г/моль). M(X)=mx/n (X), где mx – масса вещества, г; n (X) – количество вещества, моль. Молярная масса вещества Х численно равна относительной молекулярной массе Mr (в случае молекул) или относительной атомной массе (в случае атомов).
  • Любое соединение (вещество), кроме молярной массы, характеризуется относительной молекулярной или атомной массой. Существует и эквивалентная масса Е, равная молекулярной, умноженной на фактор эквивалентности (см. далее).
    • Относительная молекулярная масса (Mr) –это молярная масса соединения, отнесенная к 1/12 молярной массы атома углерода-12.
      • Например,Мr(СН4) = 16,043. Относительная молекулярная масса – величина безразмерная.
    • Относительная атомная масса (Ar) –это молярная масса атома вещества, отнесенная к 1/12 молярной массы атома углерода-12.
      • Например, Ar(Li) = 6,039.
Концентрация. Отношение количества или массы вещества, содержащегося в системе, к объему или массе этой системы называют концентрацией. Известно несколько способов выражения концентрации. В России чаще всего концентрацию обозначают заглавной буквой С, имея в виду прежде всего массовую концентрацию, которая по праву считается наиболее часто применяемой в экологическом мониторинге форма выражения концентрации (именно в ней измеряют величины ПДК).
  • Массовая концентрацияили β) –отношение массы компонента, содержащегося в системе (растворе), к объему этой системы (V). Это самая распространенная у российских аналитиков форма выражения концентрации.
    • β(Х) =m (X) / V(смеси)
  • Единица измерения массовой концентрации – кг/м3 или г/м3, кг/дм3или г/дм3(г/л), кг/см3, или г/см3 (г/мл), мкг/л или мкг/мл и т.д. Арифметические пересчеты из одних размерностей в другие не представляет большой сложности, но требуют внимательности. Например, массовая концентрация хлористоводородной (соляной) кислотыС(HCl) = 40 г / 1 л = 40 г/л = 0,04 г/мл = 4·105мкг/л и т.д. Обозначение массовой концентрации С нельзя путать с обозначением мольной концентрации (с), которая рассматривается далее.
  • Типичными являются соотношения β(Х): 1000 мкг/л = 1 мкг/мл = 0,001 мг/мл.
  • Массовая концентрация - это отношение массы к объему системы !!!! а отношение массы к массе это - массовая доля :)
Титр (Т) В объемном анализе (титриметрии) употребляется одна из форм массовой концентрации – титр. Титр раствора (Т) –это масса вещества, содержащегося в одном кубическом сантиметре = в одном миллилитре раствора.
  • Единицы измерения титра — кг/см3, г/см3, г/мл и др.
Моляльность (b) --отношение количества растворенного вещества (в молях) к массе растворителя (в кг).
  • b(Х) = n(X) / m (растворителя) = n(X) / m (R)
  • Единица измерения моляльности --моль/кг. Например,b (HCl/H2O) = 2 моль/кг. Моляльная концентрация применяется в основном для концентрированных растворов.
Мольная (! )доля (х) –отношение количества вещества данного компонента (в молях), содержащегося в системе, к общему количеству вещества (в молях).
  • х(Х) =n(X) / n(X) + n(Y)
  • Мольнаядоля может быть выражена в долях единицы, процентах (%), промилле (тысячная часть %) и в миллионных (млн–1,ppm), миллиардных (млрд–1,ppb), триллионных (трлн–1,ppt) и др. долях, но единицей измерения все равно является отношение –моль/моль. Например,х(С2Н6) = 2 моль / 2 моль + 3 моль = 0,4 (40 %).
Массовая доля (ω) отношение массы данного компонента, содержащегося в системе, к общей массе этой системы.
  • ω (Х) = m(X) / m(смеси)
  • Массовая доля измеряется в отношениях кг/кг (г/г). При этом она может быть выражена в долях единицы, процентах (%), промилле, миллионных, миллиардных и т.д. долях. Массовая доля данного компонента, выраженная в процентах, показывает, сколько граммов данного компонента содержится в 100 г раствора.
    • Например, условно ω (KCl) = 12 г / 12 г + 28 г = 0,3 (30%).
Объемная доля (φ) –отношение объема компонента, содержащегося в системе, к общему объему системы.
  • φ (Х)=v(X) /v(X)+v(Y)
  • Объемная доля измеряется в отношениях л/л или мл/мл и тоже может быть выражена в долях единицы, процентах, промилле, миллионных и т.д. долях. Например, объемная доля кислорода газовой смеси составляет φ (О2)=0,15 л / 0,15 л + 0,56 л.
Молярная (мольная) концентрация (с) –отношение количества вещества (в молях), содержащегося в системе (например, в растворе), к объему V этой системы.
  • с(Х) = n(X)/ V(смеси)
  • Единица измерения молярной концентрации моль/м3(дольная производная, СИ – моль/л).
    • Например,c (H2S04) = 1 моль/л,с(КОН) = 0,5 моль/л.
  • Раствор, имеющий концентрацию 1 моль/л, называют молярным раствором и обозначают как 1 М раствор (не надо путать эту букву М, стоящую после цифры, с ранее указанным обозначением молярной массы, т.е. количества вещества М). Соответственно раствор, имеющий концентрацию 0,5 моль/л, обозначают 0,5 М (полумолярный р-р); 0,1 моль/л – 0,1 М (децимолярный р.р); 0,01 моль/л – 0,01 М (сантимолярный р-р) и т.д.
  • Эта форма выражения концентрации также очень часто применяется в аналитике.
Нормальная (эквивалентная) концентрация (N), молярная концентрация эквивалента(Сэкв.)– это отношение количества вещества эквивалента в растворе (моль) к объему этого раствора (л).
  • N = Сэкв (Х) = n (1/Z X) / V (смеси)
  • Количество вещества (в молях), в котором реагирующими частицами являются эквиваленты, называется количеством вещества эквивалента nэ (1/Z X) = nэ (Х).
  • Единица измерения нормальной концентрации («нормальности») тоже моль/л (дольная производная, СИ).
    • Например, Сэкв.(1/3 А1С13) = 1 моль/л.
  • Раствор, в одном литре которого содержится 1 моль вещества эквивалентов, называют нормальным и обозначают 1 н. Соответственно могут быть 0,5 н («пятидецинормальный»); 0,01 н (сантинормальный») и т.п. растворы.
  • Следует отметить, что понятие эквивалентностиреагирующих веществ в химических реакциях является одним из базовых для аналитической химии. Именно на эквивалентности как правило основаны вычисления результатов химического анализа (особенно в титриметрии). Рассмотрим несколько связанных с этим базовых с т.з. теории аналитики понятий.
Фактор эквивалентности (fэкв )– число, обозначающее, какая доля реальной частицы веществ Х (например, молекулы вещества X) эквивалентна одному иону водорода (в данной кислотно-основной реакции) или одному электрону (в данной окислительно-восстановнтельной реакции) Фактор эквивалентности fэкв (Х) рассчитывают на основании стехиометрии (соотношении участвующих частиц) в конкретном химическом процессе:
  • fэкв (Х) = 1/Zx
  • где Zx.— число замещенных или присоединенных ионов водорода (для кислотно-основных реакций) или число отданных или принятых электронов (для окислительно-восстановительных реакций);
  • Х — химическая формула вещества.
  • Фактор эквивалентности всегда равен или меньше единицы. Будучи умноженным на относительную молекулярную массу, он дает значение эквивалентной массы (Е).
    • Для реакции:
      • H24 + 2 NaOH = Na24 + 2 H2
        • fэкв (H24) = 1/2,fэкв (NaOH) = 1
        • fэкв (H24) = 1/2, т.е. это означает, что ½ молекулы серной кислоты дает для данной реакции 1 ион водорода (Н+), а соответственноfэкв (NaOH) = 1 означает, что одна молекулаNaOHсоединяется в данной реакции с одним ионом водорода.
    • Для реакции:
      • 10 FeSО4 + 2 KMnО4 + 8 H24 = 5 Fe2(SО4)3 + 2 MnSО4 + K24 + 8 H2О
      • 2МпО4- + 8Н++5е-→ Мп2+– 2e-+ 4 Н2О
      • 5 Fe2+ – 2e- → Fe3+
        • fэкв (KMnО4) = 1/5 (кислая среда), т.е. 1/5 молекулы KMnО4 в данной реакции эквивалентна 1 электрону. При этом fэкв (Fe2+) = 1, т.е. один ион железа (II) также эквивалентен 1 электрону.
Эквивалент вещества Х –реальная или условная частица, которая в данной кислотно-основной реакции эквивалентна одному нону водорода или в данной окислительно-восстановительной реакции – одному электрону.
  • Форма записи эквивалента: fэкв(Х) Х (см. табл.), или упрощенно Эх, где Х –химическая формула вещества, т.е. [Эх =fэкв(Х) Х]. Эквивалент безразмерен.
  • Эквивалент кислоты(или основания) – такая условная частица данного вещества, которая в данной реакции титрования высвобождает один ион водорода или соединяется с ним, или каким-либо другим образом эквивалентна ему.
  • Например, для первой из вышеуказанных реакций эквивалент серной кислоты — это условная частица вида ½ H24 т.е. fэкв (H24) = 1/Z= ½; ЭH24 = ½ H24.
  • Эквивалент окисляющегося(или восстанавливающегося)вещества— это такая условная частица данного вещества, которая в данной химической реакции может присоединять один электрон или высвобождать его, или быть каким-либо другим образом эквивалентна этому одному электрону.
  • Например, при окислении перманганатом в кислой среде эквивалент марганцевокислого калия – это условная частица вида 1/5 КМпО4, т.е. ЭКМпО4 =1/5КМпО4.
  • Так как эквивалент вещества может меняться в зависимости от реакции, в которой это вещество участвует, необходимо указывать соответствующую реакцию.
    • Например, для реакции Н3РО4+NaOH=NaH24+H2O
      • эквивалент фосфорной кислоты Э Н3РО4 == 1 Н3РО4.
    • Для реакции Н3РО4+ 2NaOH=Na2HPО4+ 2H2O
      • ее эквивалент Э Н3РО4 == ½ Н3РО4,.
  • Принимая во внимание, что понятие моляпозволяет пользоваться любыми видами условных частиц, можно дать понятиемолярной массы эквивалента веществаX. Напомним, что моль– это количество вещества, содержащее столько реальных или условных частиц, сколько атомов содержится в 12 г изотопа углерода12 С (6,02 1023). Под реальными частицами следует понимать атомы, ионы, молекулы, электроны и т.п., а под условными – такие как, например, 1/5 молекулы КМпО4в случае О/В реакции в кислой среде или ½ молекулы H24 в реакции с гидроксидом натрия.
Молярная масса эквивалента веществамасса одного моля эквивалентов этого вещества, равная произведению фактора эквивалентности fэкв (Х) на молярную массу вещества М (Х)1.
  • Молярную массу эквивалента обозначают как М [fэкв (Х) Х] или с учетом равенства Эх = fэкв (Х) Х ее обозначают М [Эх]:
  • М (Эх)= fэкв (Х) М (Х); М [Эх] = М (Х) /Z
  • Например, молярная масса эквивалента КМпО4
  • М (ЭКМпО4) =1/5КМпО4 = М 1/5 КМпО4 = 31,6 г/моль.
  • Это означает, что масса одного моля условных частиц вида 1/5КМпО4 составляет 31,6 г/моль. По аналогии молярная масса эквивалента серной кислоты М ½ H24 = 49 г/моль; фосфорной кислоты М ½ H3 РО4 = 49 г/моль и т.д.
  • В соответствии с требованиями Международной системы (СИ) именно молярная концентрацияя вляется основным способом выражения концентрации растворов, но как уже отмечалось, на практике чаще применяетсямассовая концентрация.
  • Рассмотрим основные формулы и соотношения между способами выражения концентрации растворов (см. табл. 1 и 2).
Таблица 1 Основные способы выражения концентрации растворов
Термин концентрации (см. выше) Единица измерения концентрации Тип единицы концентрации Формула, виды записи, примеры
1. Массовая концентрация (С или β) кг/м3 Производная (СИ)
  • С (Х)* = β(Х/V)
  • С (Х) = β(Х/V) =mx/V(Х+Y)
  • С Н2SO4 = 0,2 кг/л или 200 г/л Н2SO4
кг/дм3 Дольная производная (СИ)
кг/л Производная (внесистемная)
2. Титр раствора (Т) г/см3 Дольная, производная (СИ)
  • Т(Х)
  • Т(Х) = mx/V= C (Эх)·M(Эх)/1000
  • Т (НCl) = 0,2012 г/мл
г/мл Дольная, производная (внесистемная)
3. Титр раствора А по определяемому компоненту Х г/см3 Дольная, производная (СИ)
  • Т (А/Х)
  • Т (А/Х) = с(ЭА ) ·M(Эх)/1000
г/мл Дольная, производная (внесистемная)
4. Молярная концентрация, молярность(с) моль/м3 Производная (СИ)
  • с (Х)*
  • с (Х) = (n) Х/V=mx/M(X)V.
  • с Н2SO4 = 0,2 моль/л или 0,2 М Н2SO4
моль/дм3 Дольная производная (СИ)
моль/л Производная (внесистемная)
5. Молярная концентрация эквивалента (N), нормальность моль/дм3 Производная (СИ)
  • С [fэкв (Х)Х] или с (Эх) илиN
  • C (Эх) = n(Эх)/V=mx/M(Эх)V=N
  • или C (Эх) = с (Х)/ fэкв (Х) = с (Х) ·Zx=N
  • N= С (1/5 КМпО4) = 0,02 моль/л (кислая среда) или 0,02 н. КМп04
моль/л Производная (внесистемная)
6. Моляльная концентрация, моляльность (b) моль/кг Производная (СИ)
  • b(Х/R) = n (X) / m (растворителя)
Термин концентрации (см. выше) Единица измерения концентрации Тип единицы концентрации Формула, виды записи, примеры
7. Мольная доля(х) Относительная = моль/моль. (или в %, или в млн–1,ppm, в млрд–1 ,ppb, трлн–1,pptили в др. ед. Безразмерная = 1 моль/моль = 1 = 100% = 106млн-1 = 109млрд-1 = 1012трлн-1
  • х % (Х) = х (Х/Х+ Y)
  • х % (Х) = n (X) / n (X) + n (Y)
  • Если в 1 моле раствора содержится 0,20 моля NaOH, то: мольная доля NaOH в этом растворе х % (NaOH):
    • =0,2/1 = 0,2 или 20%, или 2·105млн-1 , или 2·108млрд-1, или др.
8. Массовая доля (ω) Относительная = кг / кг. (или в %, или в млн–1,ppm, в млрд–1 ,ppb, трлн–1,ppt
или в др. ед.
Безразмерная = 1 кг/кг =1 г/г= 1 = 100% = 106млн-1 = 109млрд-1 = 1012трлн-1
  • ω % (Х) = mx/mр-ра 100 =mx/mр-рит.+mx
  • Если в 100 г раствора содержится 20 г NaOH,то: массовая доля NaOH в этом растворе
    • ω%(NaOH) =20 г/(80 г+0 г)=
    • = 0,2 или 20% (масс.) или 2 ·10-1=
    • = 2 ·108млрд-1или 2 ·1011трлн-1 , или др. ед.
9. Объемная доля (φ) Относительная = м3/м3(илил/л, илимл/мл, или в %, или в млн–1,ppm, в млрд–1 ,ppb, или в др. ед. Безразмерная = 1 кг/кг =1 г/г= 1 = 100% = 106млн-1 = 109млрд-1 = 1012трлн-1
  • φ (Х), %=v(X) /v(X)+v(Y)
  • Если в 100 мл раствора содержится 20 мл спирта, объемная доля в этом в этом растворе:
    • φ % (спирта) =20/100 = 0,2 или 20% (об..) = 2·102 промилле, или
    • 2 ·108млрд-1, или 2·1011трлн-1 или др. ед.

* В расчетных уравнениях химическую формулу обычно ставят в индексе.

Пересчеты из одной формы выражения концентрации в другую являются достаточно простыми арифметическими задачами, с решениями которых аналитику приходится сталкиваться очень часто – при приготовлении аналитических растворов, при пробоотборе и пробоподготовке, при смешении пробы с аналитическими растворами, а также при статистической обработке и представлении получившихся результатов в цифровой и графической форме. Рассмотрим формулы для пересчета шести наиболее часто применяемых форм выражения концентраций (см. табл. 2).

Таблица 2 Формулы перехода от одних выражений концентраций растворов к другим (процентная, в граммах на грамм растворителя, в граммах на грамм раствора, нормальная, молярная, моляльная) 6
  • Обозначения:
    • d-плотность раствора,
    • W- молекулярный вес (масса) растворенного вещества,
    • E- грамм-эквивалентный вес растворенного вещества
Таблица 2 Формулы перехода от одних выражений концентраций растворов к другим (процентная, в граммах на грамм растворителя, в граммах на грамм раствора, нормальная, молярная, моляльная) 6      Обозначения:         d-плотность раствора,         W- молекулярный вес (масса) растворенного вещества,         E- грамм-эквивалентный вес растворенного вещества

  1. Коровин Н.В., Мингулина Э.И., Рыжова Н.Г.Лабораторные работы по химии.Учеб. пособие для техн. направ. и спец. вузов. /Под ред. Н.В. Коровина. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1998. – с. 21–39.
  2. Жарский И.М., Кузьменко А.Л., Орехова С.Е.Лабораторный практикум по общей и неорганической химии./Под ред. Г.И. Новикова. – Мн.: Дизайн ПРО, 1998. – с. 3-27 и 46-56.
  3. Попадич И.А., Траубенберг С.Е, Осташенкова Н.В. и др.. Аналитическая химия.Учебное пособие для техникумов. М.: Химия, 1989. – с. 91-98.
  4. Зайцев О.С.Исследовательский практикум по общей химии.Учебное пособие. М.: Изд-во МГУ, 1994. – с. 91-98.
  5. Лурье Ю.Ю.Справочник по аналитической химии.Справ. Изд. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Химия, 1989. – с. 172-173.
Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:
Дополнительная информация от Инженерного cправочника DPVA, а именно - другие подразделы данного раздела:
  • Единицы измерения концентрации (доли)
  • Перевод концентрации газов. ПДК газов. Переводные коэффициенты из мг/м3 в ppmv. Таблица для взрывоопасных и токсичных веществ по ГОСТ 51330.19-99,  ГОСТ 12.1.005-88, ВСН 64-86
  • Вы сейчас здесь: Концентрации растворов. Массовая и молярная концентрация, Титр, Моляльность, Мольная, массовая, объемная доли. Нормальная (эквивалентная) концентрация, Фактор эквивалентности, Молярная масса эквивалента вещества
  • Концентрации насыщенных водных растворов неорганических веществ. Массовая доля вещества в растворе (кг/кг) при температуре (°С)
  • Растворимость газов в воде (мольная - молярная долевая концентрация в состоянии термодинамического равновесия ) при парциальном давлении 101325 кПа в 1 л воды. Таблица.
  • Воспламеняемость газов и паров. Нижний и верхний пределы огнеопасной концентрации...
  • Доли и дроби. Арифметические действия с дробями. Сокращение дроби. Умножение и деление дроби на натуральное число. Умножение и деление дробей. Сложение и вычитание дробей с различными знаменателями
  • Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:
    Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста.
    Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста.