1.4: Oznaczanie procentowego składu masowego w roztworze wodnym

1. Procent masy - bezpośredni

1. Umieść niewielką objętość roztworu w czystej i wysuszonej w piekarniku zlewce lub naczyniu do krystalizacji.
2. Po dokładnym określeniu dokładnej całkowitej masy roztworu podgrzej zlewkę lub naczynie na płycie grzejnej lub w piekarniku, aby odprowadzić wodę. Najlepszą metodą jest powolne parowanie, ponieważ gotowanie może spowodować rozpryskiwanie się roztworu.
3. Po odparowaniu rozpuszczalnika schłodzić pozostałą substancję stałą (substancję rozpuszczoną) i określić masę.
4. Oblicz procent masy jako:
   

2. Procent wagowy - przy użyciu krzywej kalibracyjnej

1. Sporządzić serię roztworów wzorcowych, rozpuszczając znane ilości substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku. Zalecanych jest pięć standardów, które powinny wahać się od minimalnego do maksymalnego oczekiwanego procentu składów.
   1. Jeżeli przybliżona wartość nie jest znana, należy wykonać serię roztworów w zakresie od 0% do maksimum rozpuszczalności substancji rozpuszczonej w wodzie. Dostępne są tabele referencyjne wskazujące maksymalną rozpuszczalność wielu ciał stałych w wodzie w różnych zakresach temperatur.
   2. Na przykład, aby wytworzyć 35% (w/w) roztwór chlorku sodu (NaCl), dodaj 35 g do kolby, a następnie dodaj 65 g (lub 65 ml, ponieważ objętość może być również używana do pomiaru czystej wody, ponieważ wiadomo, że gęstość wynosi 1,0 g/ml w temperaturze otoczenia) wody i mieszaj roztwór, aż ciało stałe się rozpuści. Ponieważ masa jest dodatkiem, byłoby to tym samym, co dodanie wystarczającej ilości wody, tak aby całkowity roztwór miał masę 100 g.
2. Po zmierzeniu masy dokładnie objętości każdego z roztworów wzorcowych, oblicz gęstość jako:

3. Analiza danych

1. Wykreślić wartości gęstości w stosunku do procentu masowego roztworów wzorcowych i określić nachylenie linii. Nachylenie to odpowiada procentowi gęstości w stosunku do masy roztworu, pasując do równania liniowego, y = mx + b (Rysunek 1).
2. Obliczyć gęstość nieznanego roztworu próbki, uzyskując masę właściwej objętości roztworów. Teraz, gdy nachylenie linii jest znane, określ procent masy substancji rozpuszczonej, rozwiązując dla "x" przy użyciu zmierzonej gęstości i nachylenia z krzywej kalibracyjnej.

Określenie i zrozumienie składu roztworu ma fundamentalne znaczenie w szerokim zakresie technik chemicznych. Roztwór jest jednorodną mieszaniną, składającą się z substancji rozpuszczonej w cieczy. Rozpuszczona substancja nazywana jest substancją rozpuszczoną, a płyn luzem nazywany jest rozpuszczalnikiem. Rozwiązania można opisać na kilka sposobów??? Po pierwsze, ze względu na rodzaj rozpuszczalnika użytego do rozpuszczenia substancji rozpuszczonej. Roztwory wodne wykorzystują wodę jako rozpuszczalnik. Rozpuszczalniki organiczne, takie jak chloroform, acetonitryl lub aceton, są używane do wytwarzania roztworów organicznych, w zależności od właściwości substancji rozpuszczonej.

Roztwory są również opisywane przez ilość substancji rozpuszczonej rozpuszczonej w określonej objętości rozpuszczalnika lub stężenie. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz film z tej kolekcji na temat "Roztwory i stężenia".

Jednym ze sposobów obliczania stężenia roztworu jest masa każdego składnika roztworu, zwana procentem masowym. W tym filmie przedstawimy procent masowy roztworów i pokażemy, jak określić wartość w laboratorium.

Ilość substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku można wyrazić na wiele sposobów. Po pierwsze, procent masy oblicza się jako masę substancji rozpuszczonej podzieloną przez całkowitą masę roztworu. Procent masy jest zapisywany jako procent masy/masy, ponieważ czasami jest określany jako procent masy. Jednak termin procent masy jest ogólnie uważany za poprawny.

Ilość substancji rozpuszczonej w roztworze może być również wyrażona w procentach masowych objętościowych, powszechnie stosowanych w biologii, i jest obliczana jako całkowita masa substancji rozpuszczonej podzielona przez objętość roztworu. Jednostka ta nie jest prawdziwym procentem, ponieważ nie jest wielkością bezwymiarową. Podobnie stosuje się również procent objętościowy, w którym objętość substancji rozpuszczonej dzieli się przez całkowitą objętość roztworu.

Procent masy różni się od procentu objętościowego, ponieważ tylko masa jest wielkością addytywną. Masa roztworu jest sumą składników. Z drugiej strony objętość nie zawsze jest addytywna, ponieważ cząsteczki substancji rozpuszczonej będą mieścić się w otwartych przestrzeniach między cząsteczkami rozpuszczalnika, co spowoduje mniejszą objętość niż oczekiwano.

Do określenia procentu masowego roztworu w laboratorium można zastosować kilka prostych metod. Najpierw metoda bezpośrednia wymaga zapisania całkowitej masy roztworu, a następnie odparowania z rozpuszczalnika. Pozostałym ciałem stałym jest substancja rozpuszczona, która jest następnie ważona i wykorzystywana do obliczenia procentu masowego.

Gęstość może być również wykorzystana do określenia procentu masowego nieznanego stężenia. Najpierw przygotowuje się serię roztworów wzorcowych o różnych ilościach substancji rozpuszczonej. Należy wybrać wzorce o stężeniu od braku substancji rozpuszczonej do maksymalnej rozpuszczalności substancji rozpuszczonej. Następnie gęstość jest obliczana dla każdego wzorca i porównywana z gęstością próbki. Teraz, gdy podstawy obliczeń procentu masy zostały nakreślone, przyjrzyjmy się obliczaniu procentu masy metodą bezpośrednią i metodą gęstości w laboratorium.

Najpierw zważyć czystą i wysuszoną w piekarniku zlewkę lub naczynie do krystalizacji i zapisać masę.

Umieść niewielką objętość roztworu w naczyniu i dokładnie zważ roztwór i naczynie. Odejmij wagę naczynia i zapisz masę roztworu.

Następnie umieść naczynie na płycie grzejnej lub w piekarniku, aby odpędzić wodę. Powolne parowanie jest idealne, ponieważ gotowanie może spowodować rozpryskiwanie się roztworu i utratę substancji rozpuszczonej. Po odparowaniu rozpuszczalnika ostudzić pozostałą substancję stałą, która jest substancją rozpuszczoną. Dokładnie określ masę. Obliczyć procent masowy, dzieląc masę substancji rozpuszczonej po odparowaniu przez masę roztworu początkowego.

Najpierw przygotuj pięć wzorców, z procentowymi składami od minimum do maksimum oczekiwanego nieznanego składu procentowego. Nie przekraczać rozpuszczalności systemu. Oblicz ilość substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika potrzebną do przygotowania kompozycji procentowych.

Zważyć substancję rozpuszczoną, a następnie rozpuścić ją w ciężarze właściwym rozpuszczalnika.

Następnie należy zmierzyć masę dokładnie określonej objętości każdego roztworu wzorcowego. Następnie oblicz gęstość dla każdego roztworu. Zrób to samo dla nieznanego rozwiązania. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz film z tej kolekcji na temat gęstości.

Wykreślić wartości gęstości roztworów wzorcowych w stosunku do procentów masy. W tym przykładzie przygotowano zestaw wzorców chlorku sodu o procentowych składach masowych w zakresie od 5 ? 25% substancji rozpuszczonej w roztworze. Po wykreśleniu danych zastosuj liniową linię trendu i wyznacz równanie, gdzie y to gęstość, a x to procent masy. Użyj gęstości nieznanego roztworu, w tym przypadku 1,053 g/ml, aby określić jego procent masowy. Rozwiązując dla x, okazało się, że jest to 7,4%.

Teraz, gdy znasz już podstawy określania procentu masowego roztworów wodnych, przyjrzyjmy się niektórym przypadkom, w których stężenie roztworu musi być znane.

Roztwory buforowe są powszechnie stosowane w wielu eksperymentach laboratoryjnych, zwłaszcza w zastosowaniach biologicznych. Roztwory buforowe zawierają określone stężenie rozpuszczonych słabych kwasów lub zasad oraz ich sprzęgnięć, dzięki czemu są one odporne na zmiany pH. Często bufory przygotowuje się przy użyciu mieszaniny wielu soli, w tym tych z grupami fosforanowymi, które utrzymują stałe pH w zakresie 7,2 Ω 7.6.

Procent masy jest również używany do rozdzielania złożonych mieszanin, jak w tym przykładzie gradientu gęstości. W tym celu przygotowuje się roztwory o zakresie procentów masowych, a następnie układa się je sekwencyjnie warstwami od wysokiego procentu masy do niskiego procentu masy. Tworzy to gradient gęstości w rurze. Próbka jest następnie ładowana na wierzch gradientu i odwirowywana. Składniki mieszaniny są następnie rozdzielane w zależności od tego, jak daleko przemieszczają się w dół rury.

Zrozumienie procentu masy ma kluczowe znaczenie nie tylko dla zastosowań chemicznych, ale także dla badań środowiskowych. Zawartość wilgoci w glebie jest ważna do zrozumienia w celu zidentyfikowania warunków środowiskowych, które mogą mieć wpływ na ekosystemy. Wilgotność gleby to procent masowy, który opisuje ilość wody przechowywanej w glebie. Zawartość wilgoci można łatwo znaleźć, ważąc wilgotną glebę, susząc ją w piekarniku i ponownie ważąc.

Właśnie obejrzałeś wprowadzenie JoVE do oznaczania procentu masowego roztworu wodnego. Powinieneś teraz zrozumieć, jak ważna jest zawartość procentowa masy, jej zastosowanie w laboratorium i jak ją określić dla roztworu wodnego.

Dzięki za oglądanie!