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Berechnung 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 stellen uns einen gelösten Stoff normalerweise als einen Feststoff vor, der einem Lösungsmittel zugesetzt wird (z. B. Zugabe von Speisesalz zu Wasser), aber der gelöste Stoff könnte leicht in einer anderen Phase existieren. Wenn wir zum Beispiel eine kleine Menge Ethanol zu Wasser geben, ist das Ethanol der gelöste Stoff und das Wasser das Lösungsmittel. Wenn wir einer größeren Menge Ethanol eine kleinere Menge Wasser hinzufügen, könnte das Wasser der gelöste Stoff sein.

So berechnen Sie Konzentrationseinheiten

Sobald Sie den gelösten Stoff und das Lösungsmittel in einer Lösung identifiziert haben, können Sie deren Konzentration bestimmen. Die Konzentration kann auf verschiedene Arten ausgedrückt werden, wobei die prozentuale Zusammensetzung nach Masse , Volumenprozent , Molenbruch , Molarität , Molalität oder Normalität verwendet wird .

Massenzusammensetzung (%)

Dies ist die Masse des gelösten Stoffes durch die Masse der Lösung (Masse des gelösten Stoffes und Masse des Lösungsmittels) dividiert, multipliziert mit 100.
Beispiel:

Bestimmen der prozentualen Zusammensetzung von Masse einer 100 g Salzlösung , die 20 g Salz enthält.
Lösung:

20 g NaCl / 100 g Lösung x 100=20% ige NaCl-Lösung

Volumenprozent (% v / v)

Volumenprozent oder Volumen / Volumenprozent werden am häufigsten bei der Herstellung von Flüssigkeitslösungen verwendet.
Volumenprozent ist definiert als: v / v%=[(Volumen des gelösten Stoffes) / (Volumen der Lösung)] x 100%
Beachten Sie, dass Volumenprozent relativ zum Volumen der Lösung ist, nicht zum Volumen des Lösungsmittels . Zum Beispiel besteht Wein aus 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 ein anderes Beispiel kann 70% v / v Reinigungsalkohol hergestellt werden, indem 700 ml Isopropylalkohol genommen und ausreichend Wasser zugegeben werden, um 1000 ml Lösung (die nicht 300 ml sein wird) zu erhalten.

Molenbruch (X)

Dies ist die Anzahl der Mol einer Verbindung geteilt durch die Gesamtzahl der Mol aller chemischen Spezies in der Lösung. Beachten Sie, dass die Summe aller Molenbrüche in einer Lösung immer gleich 1 ist.
Beispiel:
Was sind die Molenbrüche der Bestandteile der Lösung, die entstehen, 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 sich die Molenbrüche zu 1 addieren:
x Wasser + x Glycerin=0,833 + 0,167=1.000

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 gleiche wie das Volumen des Lösungsmittels!).
Beispiel:

Wie groß ist die Molarität einer Lösung, die hergestellt wird, wenn 11 g CaCl 2 mit Wasser versetzt werden , um 100 ml Lösung herzustellen? (Das Molekulargewicht von CaCl 2=110)
Lösung:

11 g CaCl 2 / (110 g CaCl 2 / Mol CaCl 2 )=0,10 Mol CaCl 2
100 ml × 1 l / 1000 ml=0,10 l
Molarität=0,10 mol / 0,10 l
Molarität=1,0 M.

Molalität (m)

Die Molalität ist die Anzahl der Mol gelösten Stoffes pro Kilogramm Lösungsmittel. Da die Dichte von Wasser bei 25 ° C etwa 1 kg pro Liter beträgt, entspricht die Molalität bei verdünnten wässrigen Lösungen bei dieser Temperatur ungefähr 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:
Wie hoch 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 Wassermolalität
= 0,25 Mol / 0,50 kg
Molalität=0,05 M / kg
Molalität=0,50 m

Normalität (N)

Die Normalität entspricht dem Grammäquivalentgewicht eines gelösten Stoffes pro Liter Lösung. Ein Grammäquivalentgewicht oder -äquivalent ist ein Maß für die Reaktionsfähigkeit eines gegebenen Moleküls. Normalität ist die einzige konzentrationsabhängige Konzentrationseinheit.
Beispiel:

1 M Schwefelsäure (H 2 SO 4 ) ist 2 N für Säure-Base-Reaktionen, da jedes Mol Schwefelsäure 2 Mol H + -Ionen liefert . Andererseits ist 1 M Schwefelsäure 1 N für die Sulfatfällung, da 1 Mol Schwefelsäure 1 Mol Sulfationen liefert.

  1. Gramm pro Liter (g / l)
    Dies ist eine einfache Methode zur Herstellung einer Lösung, die auf Gramm gelösten Stoffs pro Liter Lösung basiert.
  2. Formalität (F)
    Eine formale Lösung wird in Bezug auf Formelgewichtseinheiten pro Liter Lösung ausgedrückt.
  3. Teile pro Million (ppm) und Teile pro Milliarde (ppb) Diese Einheiten werden für extrem verdünnte Lösungen verwendet und geben das Verhältnis der Teile des gelösten Stoffs pro 1 Million Teile der Lösung oder 1 Milliarde Teile einer Lösung an.
    Beispiel:

    Eine Wasserprobe enthält 2 ppm Blei. Dies bedeutet, dass pro Million Teile zwei davon Blei sind. In einer 1-Gramm-Wasserprobe wären also zwei Millionstel Gramm Blei. Für wässrige Lösungen wird für diese Konzentrationseinheiten eine Wasserdichte von 1,00 g / ml angenommen.

Wie man Verdünnungen berechnet

Sie verdünnen eine Lösung immer dann, 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 i V i=M f V f

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

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

Lösung:
5,5 M × V 1=1,2 M × 0,3 L
V 1=1,2 M × 0,3 L / 5,5 M
V 1=0,065 L
V 1=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

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