4.5
Stężenie i rozcieńczenie roztworu
Względna ilość danego składnika roztworu nazywana jest jego stężeniem. Często, choć nie zawsze, roztwór zawiera jeden składnik o stężeniu znacznie wię…
W danej ilości rozpuszczalnika można dodać różne ilości substancji rozpuszczonych w celu wytworzenia roztworów o różnych stężeniach.
W rozcieńczonym roztworze proporcja substancji rozpuszczonej w stosunku do rozpuszczalnika jest niewielka, podczas gdy w przypadku stężonego roztworu proporcja jest duża.
Stężenie roztworu jest wyrażone jako molowość, która jest liczbą moli substancji rozpuszczonej na litr roztworu.
Mianownikiem jest objętość roztworu, a nie objętość rozpuszczalnika. Dlatego, aby uzyskać 1 litr roztworu 1-molowego, 1 mol substancji rozpuszczonej dodaje się do kolby miarowej, którą następnie napełnia się rozpuszczalnikiem do 1-litrowego rozgraniczenia. Podobnie, jeśli 1 mol substancji rozpuszczonej zostanie dodany do innej kolby, a następnie wypełniony rozpuszczalnikiem do oznaczenia 0,5 litra, otrzyma to roztwór 2-molowy.
Molarność roztworu może być wykorzystana jako współczynnik konwersji między molami substancji rozpuszczonej a objętością roztworu.
Załóżmy, że 237 gramów nadmanganianu potasu rozpuszcza się w wodzie, aby uzyskać 3-molowy roztwór. Aby obliczyć całkowitą objętość roztworu, najpierw masa substancji rozpuszczonej jest przekształcana na mole. Następnie liczbę pieprzyków dzieli się przez molowość, aby uzyskać objętość 0,5 litra.
Jeśli doda się więcej wody, całkowita objętość roztworu wzrasta, ale liczba moli substancji rozpuszczonej pozostaje taka sama. Oznacza to, że stężenie roztworu zmniejszyło się lub roztwór został rozcieńczony.
Rozcieńczanie stężonego roztworu lub roztworu podstawowego przeprowadza się przy użyciu równania rozcieńczenia, które odnosi objętości i molowość roztworu przed i po procesie rozcieńczania. M1 i V1 są molowością i objętością początkowego stężonego roztworu, aM2 iV2 są molowością i objętością końcowego rozcieńczonego roztworu.
Na przykład równanie rozcieńczenia można wykorzystać do przygotowania roztworu nadmanganianu potasu, który jest stosowany w medycynie jako ogólny środek dezynfekujący. Jaka objętość 2-molowego roztworu podstawowego jest potrzebna do przygotowania 1 litra 0,2-molowego roztworu nadmanganianu potasu?
Znając M1, M2 i V2 i rozwiązując równanie rozcieńczenia dla V1, otrzymujemy 0,1 litra. Dlatego 0,1 litra roztworu podstawowego dodaje się do nowej kolby miarowej i dodaje się rozpuszczalnik, aby uzyskać 1 litr roztworu 0,2-molowego.
Po rozcieńczeniu roztworu, mimo że stężenie uległo zmianie, liczba moli nadmanganianu potasu pozostaje taka sama.
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.