4.5
Oplossingsconcentratie en verdunning
De relatieve hoeveelheid van een bepaalde oplossingscomponent staat bekend als de concentratie. Vaak, maar niet altijd, bevat een oplossing één compon…
In een bepaalde hoeveelheid oplosmiddel kunnen verschillende hoeveelheden opgeloste stoffen worden toegevoegd om oplossingen met verschillende concentraties te creëren. In een verdunde oplossing is het aandeel opgeloste stof ten opzichte van het oplosmiddel klein, terwijl voor een geconcentreerde oplossing het aandeel groot is. De concentratie van een oplossing wordt uitgedrukt als molariteit, het aantal mol opgeloste stof per liter oplossing.
De noemer is het volume van de oplossing en niet het volume van het oplosmiddel. Om 1 liter van een 1-molaire oplossing te maken, wordt daarom 1 mol opgeloste stof toegevoegd aan een maatkolf, die vervolgens wordt gevuld tot de 1-liter-afbakening met het oplosmiddel. Evenzo, als 1 mol opgeloste stof wordt toegevoegd aan een andere kolf en vervolgens wordt gevuld tot de 0, 5 liter-markering met oplosmiddel, zou dit een 2-molaire oplossing geven.
De molariteit van de oplossing kan worden gebruikt als omrekeningsfactor tussen het aantal mol opgeloste stof en het volume van de oplossing. Stel dat 237 gram kaliumpermanganaat wordt opgelost in water om een 3-molaire oplossing te maken. Om het totale volume van de oplossing te berekenen, wordt eerst de massa van de opgeloste stof omgezet in mol.
Vervolgens wordt het aantal mol gedeeld door de molariteit om een volume van 0, 5 liter te krijgen. Als er meer water wordt toegevoegd, neemt het totale volume van de oplossing toe, maar het aantal mol opgeloste stof blijft hetzelfde. Dit betekent dat de concentratie van de oplossing is afgenomen, of dat de oplossing is verdund.
Verdunning van een geconcentreerde of stockoplossing wordt uitgevoerd met behulp van de verdunningsvergelijking, die de volumes en molariteiten van een oplossing voor en na het verdunningsproces relateert. M-een en V-een zijn de molariteit en het volume van de aanvankelijke geconcentreerde oplossing, en M-twee en V-twee zijn de molariteit en het volume van de uiteindelijke verdunde oplossing. De verdunningsvergelijking kan bijvoorbeeld worden gebruikt om een oplossing van kaliumpermanganaat te bereiden, wat medicinaal wordt gebruikt als algemeen desinfectiemiddel.
Welk volume van een 2-molaire stockoplossing is nodig om 1 liter van een 0, 2-molaire oplossing van kaliumpermanganaat te bereiden? We kennen M-een, M-twee en V-twee en de verdunningsvergelijking voor V-1 oplossen levert 0, 1 liter op. Daarom wordt 0, 1 liter van de stockoplossing toegevoegd aan een nieuwe maatkolf en wordt oplosmiddel toegevoegd om 1 liter van de 0, 2-molaire oplossing te maken.
Nadat de oplossing is verdund, blijft, hoewel de concentratie is veranderd, het aantal mol kaliumpermanganaat hetzelfde.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What is molarity and how is it calculated?
Molarity (M) is the number of moles of solute per liter of solution, expressed in mol/L. To calculate molarity, divide the moles of solute by the total volume of solution in liters. For example, dissolving 1 mole of solute in a volumetric flask and filling to the 1-liter mark creates a 1-molar solution. The key is using the total solution volume, not just the solvent volume, since solutes can affect the overall volume.
Q2: Why is the total solution volume used in the molarity equation instead of solvent volume?
The total solution volume is used because solutes can change the volume of a solution depending on their interactions with the solvent. Using solvent volume alone would give an inaccurate concentration. The molarity equation accounts for this by including the combined volume of both solute and solvent, ensuring precise concentration measurements for chemical reactions in aqueous solutions.
Q3: How do you prepare a solution of specific molarity using a volumetric flask?
To prepare a solution of specific molarity, add the calculated moles of solute to a volumetric flask, then add solvent until the liquid reaches the marked line for your desired volume. For instance, to make 1 liter of a 1-molar solution, add 1 mole of solute and fill to the 1-liter mark. This ensures the total solution volume equals your target volume and produces the correct concentration.
Q4: What happens to the number of moles of solute when a solution is diluted?
The number of moles of solute remains constant during dilution. When solvent is added to a concentrated solution, the total volume increases but the amount of solute stays the same, causing the concentration to decrease. This principle is expressed mathematically as M1V1 = M2V2, where the product of molarity and volume equals moles before and after dilution.
Q5: How do you use the dilution equation to prepare a dilute solution from a stock solution?
The dilution equation M1V1 = M2V2 relates the molarity and volume of a stock solution to the desired dilute solution. Identify the known values: M1 and V1 from the stock solution, M2 and V2 from your target solution. Solve for the unknown variable, typically V1, to determine how much stock solution to transfer to a new flask, then add solvent to reach the final volume.
Q6: What is the difference between a dilute and concentrated solution?
A dilute solution has a small proportion of solute relative to solvent, resulting in low concentration. A concentrated solution has a large proportion of solute relative to solvent, resulting in high concentration. Concentrated solutions, called stock solutions, are often stored in laboratories and diluted as needed to create solutions of lower concentrations for specific applications.
Q7: Can you convert between mass of solute and solution volume using molarity?
Yes, molarity serves as a conversion factor between moles of solute and solution volume. First convert mass to moles using molar mass, then use molarity to find volume by dividing moles by molarity. For example, 237 grams of potassium permanganate converted to moles, then divided by 3 M, yields 0.5 liters of solution. This allows precise preparation of solutions with known concentrations.