・濃度

溶液は化学のいたるところにあります。それらは、少量の材料の保管と取り扱い、化学反応の実行、および制御可能な特性を持つ材料の開発に使用されます。溶液は、溶質と呼ばれる一部の成分を少量で含み、溶媒と呼ばれる1つの成分を大量に含む均質な混合物です。溶液の総量に対する溶質の量は、その「濃度」として知られています。考慮されているのが溶液成分の質量、体積、またはモル単位の量であるかどうかに応じて、この測定値は、実験のニーズに応じてさまざまな方法で表すことができます。このビデオでは、まず、溶液の濃度を測定するためのさまざまなタイプの単位を確認します。次に、ショ糖溶液を作成するためのプロトコルを確認します。最後に、濃度測定がさまざまな化学用途でどのように使用されているかを見ていきます。

溶液の濃度は、いくつかの異なる単位で表すことができ、それぞれが他のものよりも特定のアプリケーションに適している場合があります。最も一般的に使用される単位の1つはモル濃度で、これは溶液の体積あたりの溶質の量です。1モルは、溶液1リットルあたり1モルの溶質に相当します。液体の体積を測定するのが簡単であるため、モル濃度は溶液中の反応の化学量論的計算に最も便利な単位の1つです。化学量論は、反応に関与する分子の数に基づいています。したがって、モル濃度を知ることで、必要な試薬の計算が簡単になります。

濃度が溶媒の質量あたりの溶質の量として表される場合、測定値はモル濃度と呼ばれます。物質の体積は温度によって変化するため、温度差を伴う溶液の物性(コリガティブ特性)を調べるには、モル濃度で濃度を測定することが有利です。モル分率は別の一般的な濃度単位であり、すべての溶液成分の総モル数あたりの溶質のモル数によって与えられます。溶質と溶媒。モル分画は、例えば、溶液の「蒸気圧」を調査する場合に役立ちます。これは、溶質粒子と溶媒粒子が液体溶液から気相に「逃げる」程度を反映しており、モル分率は全圧に対する分圧の比率に等しくなります。溶液の濃度を測定する方法がわかったところで、特定のモル濃度の溶液を作成するためのプロトコルを見ていきましょう。

まず、必要なスクロースの質量を計算することから始め、まず溶液の所望の体積と濃度を使用してスクロースのモル数に到達し、次に分子量を使用して質量に変換します。この例では、0.01 Mのショ糖溶液を100 mL作製しているため、0.342 gが必要になります。必要な量のスクロースを計量するには、まず、清潔で空の計量ボートを天秤に置きます。「風袋重量」を設定する、つまり空の計量ボートの重量をゼロに設定することを意味します。次に、スクーピュラを使用して、スクロース粉末を試薬ボトルから計量ボートに移し、目的の量が得られるまで移します。粉末漏斗を清潔で乾燥した100mLメスフラスコに入れます。スクロースを漏斗に慎重に注ぎます。溶剤(この場合は蒸留水)が入ったウォッシュボトルを使用して、計量ボートからフラスコに残っている固体を洗い流します。

蒸留水を追加しますが、キャリブレーションマークに達する前に停止します。キャップをして軽く渦巻き、固形物を溶かします。この時点でフラスコを完全に埋めないことが重要です、なぜなら固体が完全に溶解するのは難しいかもしれないからです。

すべてのスクロースが溶解したら、半月板の底が体積目盛りに達するまで、ウォッシュボトルを使用して溶媒を慎重に追加します。フラスコに再度キャップをし、数回反転させて完全に溶解して混合します。

過飽和溶液とは、溶媒の温度やその他の物理的特性を考慮して、予想されるよりも多くの溶質が溶解している溶液です。溶質、溶媒、および冷却速度に基づく程度。過飽和は、最初に溶質を溶解度の高い条件に溶解し、次に溶液の状態を急速に変化させることによって達成されますか?たとえば、温度や体積を減らす?溶質粒子が溶液から出てくるよりも早く。この時点で、新しい条件下では、その条件下で溶質を直接溶解することによって可能になるよりも多くの溶質が溶液中に残ります。過飽和ショ糖溶液を作るには、まずビーカーに100mLの水を入れます。マグネティックスターバーを追加し、ホットプレートで攪拌します。攪拌水に220gのスクロースを加え、スクロース混合物を15分間攪拌します。15分後、すべてのショ糖が溶解していないことを確認します。この時点で、混合物を50°Cに加熱し、さらに10分間混合物を攪拌し続けます。

溶液を再度調べます。すべてのスクロースは50で溶解しているはずでしたか?C?水。次に、溶液をゆっくりと室温まで冷まし、攪拌子を取り外します。ショ糖がまだ溶解しているのを観察します。これで、室温の溶液が過飽和になりました。この溶液に少量のスクロース粉末を添加するだけでも、溶解したすべてのスクロースの迅速な再結晶を引き起こす可能性があります。

特定の濃度の溶液を調製する方法を見てきたので、この概念がさまざまなアプリケーションでどのように重要な考慮事項になり得るかについて、いくつかの例を見てみましょう。

試薬、溶媒成分、および化学反応の他の成分の濃度は、多くの場合、反応の生成物の速度に大きな影響を与えます。反応物濃度が高いと、分子が互いに遭遇して反応する可能性が高くなり、反応速度が増加する可能性があります。同時に、溶液中の荷電塩イオンの濃度が増加すると、疎水性または「撥水」分子の凝集も促進される可能性があります。

ここでの研究者たちは、反応溶媒中にさまざまな濃度の塩が存在する中で、複雑な分子が長いポリマーに自己組織化する様子を研究しました。その結果、塩濃度が高いほど、分子のポリマーへの集合がより容易になることが分かった。

濃度は、結晶化などの物理的プロセスの速度にも影響します。生物学者は、タンパク質などの分子を結晶化し、結晶格子にきれいに配列することが多いため、X線がこれらの結晶をどのように回折するかを研究することで、その構造を推測できます。タンパク質を結晶化するために、タンパク質溶液を「沈殿剤」、通常はある種の塩と異なる濃度とpHで混合します。次に、この混合物の一滴を、より濃縮された沈殿剤溶液の貯蔵庫を備えた密閉チャンバーに入れます。液滴とリザーバーとの間の沈殿物濃度を平衡化するためにタンパク質溶液液滴から水が蒸発すると、タンパク質はますます過飽和になり、最終的には溶液から結晶化します。詳細については、成長する結晶に関するビデオをご覧ください。

最後に、濃度を理解することは、環境中の毒素のレベルを評価するために重要です。この例では、科学者たちは、毒素が特定のタンパク質を切断する程度を検出することにより、食品または水のサンプル中の致命的な可能性のある細菌毒素ボツリヌスの量を検出するアッセイを開発しました。アッセイを実施するために、まず、既知のさまざまな濃度の毒素の活性レベルを測定することにより、「標準曲線」が生成されます。その後、未知のサンプルから分離された毒素を試験にかけ、その活性を標準曲線と比較することで濃度を補間することができます。

JoVEのソリューション作成の紹介をご覧になりました。これで、濃度を表現するためにさまざまな単位をいつ使用するか、特定の濃度で溶液を作るためのデモンストレーション、そして最後に、トピックの重要性を示すいくつかのアプリケーションを理解する必要があります。

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