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Determinare e comprendere la composizione di una soluzione è fondamentale in un'ampia gamma di tecniche chimiche. Una soluzione è una miscela omogenea, composta da una sostanza disciolta in un liquido. La sostanza disciolta è chiamata soluto e il fluido sfuso è chiamato solvente. Le soluzioni possono essere descritte in diversi modi??? In primo luogo, dal tipo di solvente utilizzato per sciogliere il soluto. Le soluzioni acquose utilizzano l'acqua come solvente. I solventi organici, come il cloroformio, l'acetonitrile o l'acetone, vengono utilizzati per produrre soluzioni organiche, a seconda delle proprietà del soluto.
Le soluzioni sono descritte anche dalla quantità di soluto disciolto in un certo volume del solvente, o dalla concentrazione. Per ulteriori informazioni, vedere il video di questa raccolta su "Soluzioni e concentrazioni".
Un modo in cui è possibile calcolare la concentrazione della soluzione si basa sulla massa di ciascun componente della soluzione, chiamata percentuale di massa. Questo video introdurrà la percentuale di massa delle soluzioni e dimostrerà come determinare il valore in laboratorio.
La quantità di soluto nel solvente può essere espressa in diversi modi. Innanzitutto, la percentuale di massa è calcolata come la massa del soluto divisa per la massa totale della soluzione. La percentuale di massa è scritta come percentuale di peso/peso, poiché a volte viene indicata come percentuale di peso. Tuttavia, il termine percentuale di massa è generalmente considerato corretto.
La quantità di soluto in una soluzione può anche essere espressa in termini di percentuale di massa in volume, comunemente usata in biologia, ed è calcolata come la massa totale del soluto divisa per il volume della soluzione. Questa unità non è una percentuale reale, in quanto non è una quantità adimensionale. Allo stesso modo, viene utilizzata anche la percentuale di volume, dove il volume del soluto viene diviso per il volume totale della soluzione.
La percentuale di massa differisce dalla percentuale di volume, poiché solo la massa è una quantità additiva. La massa della soluzione è la somma dei componenti. Il volume, d'altra parte, non è sempre additivo, poiché le molecole del soluto si inseriscono negli spazi aperti tra le molecole di solvente, risultando in un volume inferiore al previsto.
Diversi metodi semplici possono essere utilizzati per determinare la percentuale di massa di una soluzione in laboratorio. In primo luogo, il metodo diretto richiede la registrazione della massa totale della soluzione e quindi l'evaporazione del solvente. Il solido che rimane è il soluto, che viene poi pesato e utilizzato per calcolare la percentuale di massa.
La densità può anche essere utilizzata per determinare la percentuale di massa di una concentrazione sconosciuta. In primo luogo, viene preparata una serie di soluzioni standard, con una gamma di quantità di soluto. Selezionare standard che variano in concentrazione da nessun soluto, alla massima solubilità del soluto. La densità viene quindi calcolata per ogni standard e confrontata con quella del campione. Ora che sono state delineate le basi del calcolo della percentuale di massa, diamo un'occhiata al calcolo della percentuale di massa utilizzando il metodo diretto e il metodo della densità in laboratorio.
Per prima cosa, pesare un bicchiere o una pirofila di cristallizzazione puliti e asciugati al forno e registrare la massa.
Mettere un piccolo volume della soluzione nel piatto e pesare accuratamente la soluzione e il piatto. Sottrarre il peso del piatto e registrare la massa della soluzione.
Quindi, posiziona il piatto su una piastra o in un forno per eliminare l'acqua. L'evaporazione lenta è l'ideale, poiché l'ebollizione può provocare schizzi della soluzione e perdita di soluto. Una volta che il solvente è evaporato, raffreddare il solido rimanente, che è il soluto. Determinare con precisione la massa. Calcolare la percentuale di massa dividendo la massa del soluto dopo l'evaporazione per la massa della soluzione iniziale.
Innanzitutto, prepara cinque standard, con composizioni percentuali che vanno dal minimo al massimo della composizione percentuale sconosciuta prevista. Non superare la solubilità del sistema. Calcola la quantità di soluto e solvente necessaria per preparare le composizioni percentuali.
Pesare il soluto e poi scioglierlo nel peso specifico del solvente.
Quindi, misurare la massa di un volume preciso di ciascuna soluzione standard. Quindi calcola la densità per ogni soluzione. Fai lo stesso per la soluzione sconosciuta. Per ulteriori informazioni, vedere il video di questa raccolta sulla densità.
Tracciare i valori di densità delle soluzioni standard rispetto alle percentuali di massa. In questo esempio, è stata preparata una serie di standard di cloruro di sodio con composizioni percentuali di massa che vanno da 5 ? 25% di soluto in soluzione. Dopo aver tracciato i dati, applicare una linea di tendenza lineare e determinare l'equazione, dove y è la densità e x è la composizione percentuale di massa. Utilizzare la densità della soluzione incognita, in questo caso 1,053 g/mL, per determinare la sua percentuale di massa. Risolvendo per x, è risultato essere il 7,4%.
Ora che hai visto le basi per determinare la percentuale di massa delle soluzioni acquose, diamo un'occhiata ad alcuni casi in cui la concentrazione di una soluzione deve essere nota.
Le soluzioni tampone sono comunemente utilizzate in molti esperimenti di laboratorio, soprattutto nelle applicazioni biologiche. Le soluzioni tampone contengono una concentrazione specifica di acidi deboli o basi disciolti e i loro coniugati, che le consentono di mantenere e resistere alle variazioni di pH. Spesso, i tamponi vengono preparati utilizzando una miscela di molti sali, compresi quelli con gruppi fosfato che mantengono un pH costante nell'intervallo di 7,2 ? 7.6.
La percentuale di massa viene utilizzata anche per separare miscele complesse, come in questo esempio di gradiente di densità. A tal fine, vengono preparate soluzioni con un intervallo di percentuale di massa e quindi stratificate in sequenza da un'alta percentuale di massa a una bassa percentuale di massa. Questo crea un gradiente di densità nel tubo. Il campione viene quindi caricato sulla parte superiore del gradiente e centrifugato. I componenti della miscela vengono quindi separati in base alla distanza che percorrono lungo il tubo.
Comprendere la percentuale di massa non è fondamentale solo per le applicazioni chimiche, ma anche per gli studi ambientali. Il contenuto di umidità del suolo è importante da comprendere al fine di identificare le condizioni ambientali che possono influenzare gli ecosistemi. Il contenuto di umidità del suolo è una percentuale di massa che descrive la quantità di acqua trattenuta all'interno del suolo. Il contenuto di umidità si trova facilmente pesando il terreno umido, essiccando il terreno in un forno e pesandolo nuovamente.
Hai appena visto l'introduzione di JoVE alla determinazione della percentuale di massa di una soluzione acquosa. Ora dovresti capire l'importanza della percentuale di massa, il suo utilizzo in laboratorio e come determinarla per una soluzione acquosa.
Grazie per l'attenzione!
