4.5
Концентрация и разбавление растворов
Относительное количество данного компонента раствора называется его концентрацией. Часто, хотя и не всегда, раствор содержит один компонент с концентр…
В определенное количество растворителя можно добавлять различные количества растворенных веществ для создания растворов с различной концентрацией. В разбавленном растворе доля растворенного вещества относительно растворителя мала, тогда как в концентрированном растворе эта доля велика. Концентрация раствора выражается в молярности, которая представляет собой количество молей растворенного вещества на литр раствора.
Знаменатель это объем раствора, а не объем растворителя. Следовательно, чтобы приготовить 1 литр 1-молярного раствора, 1 моль растворенного вещества вносят в мерную колбу, которую затем заполняется растворителем до отметки 1 литр. Точно так же, если 1 моль растворенного вещества внести в другую колбу и затем долить растворитель до отметки 0, 5 литра, получится 2-молярный раствор.
Молярность раствора может использоваться как коэффициент пересчета между молями растворенного вещества и объемом раствора. Предположим, что 237 граммов перманганата калия растворяют в воде, чтобы получить 3-молярный раствор. Чтобы рассчитать общий объем раствора, сначала массу растворенного вещества переводят в моли.
Затем количество молей делят на молярность, чтобы получить объем 0, 5 литра. Если добавить больше воды, общий объем раствора увеличивается, но количество молей растворенного вещества остается прежним. Это означает, что концентрация раствора уменьшилась или раствор был разбавлен.
Разбавление концентрированного или исходного раствора выполняется с использованием уравнения разбавления, которое связывает объемы и молярность раствора до и после процесса разбавления. M-1 и V-1 это молярность и объем исходного концентрированного раствора, а M-2 и V-2 молярность и объем конечного разбавленного раствора. Например, уравнение разбавления можно использовать для приготовления раствора перманганата калия, который используется в медицине в качестве общего дезинфицирующего средства.
Какой объем 2-молярного исходного раствора необходим для приготовления 1 литра 0, 2-молярного раствора перманганата калия? Зная M-1, M-2 и V-2 и решив уравнение разбавления для V-1, получаем 0, 1 литра. Поэтому в новую мерную колбу наливают 0, 1 литра исходного раствора и доливают растворитель, чтобы получить 1 литр 0, 2-молярного раствора.
После разбавления раствора, несмотря на изменение концентрации, количество молей перманганата калия остается неизменным.
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.