Determinazione della composizione percentuale di massa in una soluzione acquosa
Fonte: Laboratorio del Dr. Neal Abrams - SUNY College of Environmental Science and Forestry
Determinare la composizione di una soluzione è un'importan…
1. Percentuale di massa - Diretto
- Posizionare un piccolo volume di una soluzione in un becher pulito e essiccato al forno o in una cristallizzazione.
- Dopo aver determinato con precisione la massa totale precisa della soluzione, riscaldare il becher o il piatto su una piastra elettrica o in un forno per scacciare l'acqua. L'evaporazione lenta è il metodo migliore, poiché l'ebollizione può causare schizzi della soluzione.
- Una volta che il solvente è evaporato, raffreddare il solido rimanente (soluto) e determinare la massa.
- Calcola la percentuale di massa come:
2. Percentuale in massa - Utilizzo di una curva di calibrazione
- Crea una serie di soluzioni standard sciogliendo quantità note di soluto in un solvente. Sono raccomandati cinque standard e dovrebbero variare dal minimo al massimo delle composizioni percentuali previste.
- Se il valore approssimativo è sconosciuto, produrre una serie di soluzioni che vanno dallo 0% attraverso il massimo di solubilità del soluto in acqua. Sono disponibili tabelle di riferimento per indicare la massima solubilità per molti solidi in acqua in una varietà di intervalli di temperatura.
- Ad esempio, per produrre una soluzione di cloruro di sodio (NaCl) al 35% (p/p), aggiungere 35 g a un matraccio, quindi aggiungere 65 g (o 65 ml, poiché il volume può essere utilizzato anche quando si misura l'acqua pura poiché la densità è nota per essere 1,0 g / mL a temperatura ambiente) di acqua e mescolare la soluzione fino a quando il solido non viene disciolto. Poiché la massa è additiva, questo sarebbe lo stesso che aggiungere abbastanza acqua in modo che la soluzione totale abbia una massa di 100 g.
- Dopo aver misurato la massa di un volume preciso di ciascuna delle soluzioni standard, calcolare la densità come:
3. Analisi dei dati
- Tracciate i valori di densità rispetto alla percentuale in massa delle soluzioni standard e determinate la pendenza della linea. Questa pendenza corrisponde alla densità rispetto alla percentuale di massa della soluzione, adattando un'equazione lineare, y = mx + b ( Figura1).
- Calcolare la densità della soluzione campione sconosciuta ottenendo la massa del volume specifico di soluzioni. Ora che la pendenza della linea è nota, determinare la percentuale in massa del soluto risolvendo per "x" utilizzando la densità e la pendenza misurate dalla curva di calibrazione.
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!
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Q1: What is the difference between solute and solvent in a solution?
The solute is the substance dissolved in a solution, while the solvent is the bulk fluid that dissolves it. In aqueous solutions, water serves as the solvent. The solute can be a solid or liquid, and together they form a homogeneous mixture. Understanding this distinction is essential for calculating solution composition.
Q2: How is mass percent different from volume percent?
Mass percent is calculated as the mass of solute divided by total solution mass, while volume percent uses volumes instead. Mass percent is preferred because mass is additive—the solution's total mass equals the sum of its components. Volume is not additive because solute molecules fit into spaces between solvent molecules, yielding less volume than expected.
Q3: What is the direct method for determining mass percent in the laboratory?
The direct method involves weighing a clean, oven-dried beaker, adding a solution sample, and recording its mass. The beaker is then heated to evaporate the solvent completely. After cooling, the remaining solid solute is weighed. Mass percent is calculated by dividing the solute mass by the initial solution mass.
Q4: How does the density method determine mass percent of an unknown solution?
The density method uses standard solutions with known mass percent compositions to create a calibration curve. Density is measured for each standard and plotted against mass percent. The unknown solution's density is then measured and compared to the curve to determine its mass percent. This method is useful when direct evaporation is impractical.
Q5: Why is understanding mass percent important in chemistry and environmental science?
Mass percent is critical for preparing buffer solutions that maintain stable pH in biological experiments and for separating complex mixtures using density gradients. In environmental studies, soil moisture content—a mass percent measurement—helps identify conditions affecting ecosystems. Accurate composition knowledge is essential for analytical and forensic applications.
Q6: What precautions should be taken when evaporating solvent to find mass percent?
Slow evaporation is ideal to prevent solute loss. Boiling should be avoided because it can cause splattering and loss of solute material. After evaporation, the remaining solid must cool completely before weighing to ensure accurate mass measurements. Proper technique ensures reliable mass percent calculations.
Q7: What types of solvents can be used to prepare solutions besides water?
While aqueous solutions use water as the solvent, organic solvents like chloroform, acetonitrile, and acetone are used to prepare organic solutions. The choice of solvent depends on the solute's properties and the desired solution characteristics. Different solvents enable chemists to dissolve a wider range of substances.