1.4: Определение массового процентного состава в водном растворе

1. Процент по массе - прямой

1. Поместите небольшой объем раствора в чистую и высушенную в духовке мензурку или чашку для кристаллизации.
2. Точно определив общую массу раствора, нагрейте стакан или блюдо на конфорке или в духовке, чтобы отогнать воду. Медленное испарение является лучшим методом, так как кипячение может привести к разбрызгиванию раствора.
3. Как только растворитель испарится, охладите оставшееся твердое вещество (растворенное вещество) и определите массу.
4. Рассчитайте процент массы как:
   

2. Процент по массе - с помощью калибровочной кривой

1. Приготовьте ряд стандартных растворов, растворив известные количества растворенного вещества в растворителе. Рекомендуется использовать пять стандартов, которые должны варьироваться от минимального до максимального ожидаемого процентного состава.
   1. Если приблизительное значение неизвестно, производят серию растворов в диапазоне от 0% до максимума растворимости растворенного вещества в воде. Имеются справочные таблицы, указывающие максимальную растворимость многих твердых веществ в воде в различных температурных диапазонах.
   2. Например, чтобы получить 35% (по массе) раствору хлорида натрия (NaCl), добавьте 35 г в колбу, затем добавьте 65 г (или 65 мл, так как объем также может быть использован при измерении чистой воды, поскольку известно, что плотность составляет 1,0 г/мл при температуре окружающей среды) воды, и перемешайте раствор до тех пор, пока твердое вещество не растворится. Поскольку масса является аддитивной, это было бы то же самое, что добавить достаточное количество воды, чтобы общий раствор имел массу 100 г.
2. Измерив массу точного объема каждого из стандартных растворов, рассчитайте плотность следующим образом:

3. Анализ данных

1. Построение графика зависимости значений плотности от процента по массе стандартных решений и определение уклона линии. Этот наклон соответствует зависимости плотности от массы в процентах решения, что соответствует линейному уравнению, y = mx + b (рис. 1).
2. Вычислите плотность раствора неизвестного образца путем получения массы удельного объема растворов. Теперь, когда наклон линии известен, определим процент по массе растворенного вещества, решив уравнение "x" с использованием измеренной плотности и наклона калибровочной кривой.

Определение и понимание состава раствора имеет основополагающее значение в широком спектре химических методов. Раствор представляет собой однородную смесь, состоящую из вещества, растворенного в жидкости. Растворенное вещество называется растворенным веществом, а объемная жидкость – растворителем. Решения можно описать несколькими способами??? Во-первых, по типу растворителя, используемого для растворения растворенного вещества. В водных растворах в качестве растворителя используется вода. Органические растворители, такие как хлороформ, ацетонитрил или ацетон, используются для изготовления органических растворов, в зависимости от свойств растворенного вещества.

Растворы также описываются количеством растворенного вещества, растворенного в определенном объеме растворителя, или концентрацией. Для получения дополнительной информации смотрите видео этой коллекции «Растворы и концентрации».

Один из способов расчета концентрации раствора основан на массе каждого компонента раствора, называемой массовым процентом. В этом видео мы познакомим вас с массовым процентом растворов, а также покажем, как определить значение в лабораторных условиях.

Количество растворенного вещества в растворителе может быть выражено несколькими способами. Во-первых, массовый процент рассчитывается как масса растворенного вещества, деленная на общую массу раствора. Процент массы записывается как процент вес/вес, так как его иногда называют весовым процентом. Тем не менее, термин «процент массы» обычно считается правильным.

Количество растворенного вещества в растворе также может быть выражено в массовом проценте по объему, обычно используемом в биологии, и рассчитывается как общая масса растворенного вещества, деленная на объем раствора. Эта единица измерения не является истинным процентом, так как она не является безразмерной величиной. Аналогичным образом используется объемный процент, при котором объем растворенного вещества делится на общий объем раствора.

Массовый процент отличается от объемного процента, так как только масса является аддитивной величиной. Масса раствора равна сумме компонентов. Объем, с другой стороны, не всегда является аддитивным, так как молекулы растворенного вещества помещаются в открытых пространствах между молекулами растворителя, что приводит к меньшему объему, чем ожидалось.

Для определения массового процента раствора в лабораторных условиях можно использовать несколько простых методов. Сначала прямой метод требует регистрации общей массы раствора, а затем выпаривания растворителя. Оставшееся твердое вещество — это растворенное вещество, которое затем взвешивается и используется для расчета процента массы.

Плотность также может быть использована для определения массового процента от неизвестной концентрации. Сначала готовится серия стандартных растворов с различными растворенными количествами. Выбирайте стандарты, концентрация которых варьируется от отсутствия растворенного вещества до максимальной растворимости растворенного вещества. Затем для каждого стандарта рассчитывается плотность и сравнивается с плотностью образца. Теперь, когда мы разобрались с основами расчета процента массы, давайте рассмотрим расчет процента массы с помощью прямого метода и метода плотности в лаборатории.

Сначала взвесьте чистый и высушенный в духовке стакан или чашку для кристаллизации и запишите массу.

Налейте небольшой объем раствора в чашку и точно взвесьте раствор и чашку. Вычтите вес посуды, и запишите массу раствора.

Далее поставьте блюдо на конфорку или в духовку, чтобы сбросить воду. Идеальным вариантом является медленное испарение, так как кипячение может привести к разбрызгиванию раствора и потере растворенного вещества. Как только растворитель испарится, охладите оставшееся твердое вещество, которое является растворенным веществом. Точно определите массу. Рассчитайте массовый процент путем деления массы растворенного вещества после выпаривания на массу исходного раствора.

Во-первых, подготовьте пять стандартов с процентным составом в диапазоне от минимального до максимального от ожидаемого неизвестного процентного состава. Не превышайте растворимость системы. Рассчитайте количество растворенного вещества и растворителя, необходимое для приготовления процентного содержания композиций.

Взвесьте растворенное вещество, а затем растворите его в удельной массе растворителя.

Затем измерьте массу точного объема каждого стандартного раствора. Затем рассчитайте плотность для каждого раствора. Проделайте то же самое для неизвестного решения. Смотрите видео этой коллекции о плотности для получения дополнительной информации.

Построение графика зависимости значений плотности стандартных решений от процентных значений массы. В этом примере был получен набор стандартов хлорида натрия с массовым процентным содержанием композиций в диапазоне от 5 ? 25% растворенного вещества в растворе. После построения графика данных примените линейную линию тренда и определите уравнение, где y — плотность, а x — массовый процентный состав. Используйте плотность неизвестного раствора, в данном случае 1,053 г/мл, для определения его массового процента. При решении для x было обнаружено, что он составляет 7,4%.

Теперь, когда вы ознакомились с основами определения массового процента водных растворов, давайте рассмотрим некоторые случаи, когда концентрация раствора должна быть известна.

Буферные растворы обычно используются во многих лабораторных экспериментах, особенно в биологических приложениях. Буферные растворы содержат определенную концентрацию растворенных слабых кислот или оснований, а также их конъюгатов, что позволяет ему поддерживать и противостоять изменениям pH. Часто буферы готовят с использованием смеси многих солей, в том числе с фосфатными группами, которые поддерживают постоянный pH в пределах 7,2 ? 7.6.

Процент массы также используется для разделения сложных смесей, как в этом примере градиента плотности. Для этого готовят растворы с диапазоном процентной массы по массе, а затем последовательно наслаивают от высокого процента массы к низкому проценту массы. Это создает градиент плотности в трубе. Затем образец загружают на вершину градиента и центрифугируют. Затем компоненты смеси разделяются в зависимости от того, как далеко они проходят по трубе.

Понимание процентного соотношения массы имеет решающее значение не только для применения в химии, но и для экологических исследований. Содержание влаги в почве важно понимать для определения условий окружающей среды, которые могут влиять на экосистемы. Содержание влаги в почве — это массовый процент, который описывает количество воды, содержащейся в почве. Содержание влаги легко определить, взвесив влажную почву, высушив ее в печи и повторно взвесив.

Вы только что посмотрели введение JoVE в определение массового процента водного раствора. Теперь вы должны понять важность процентной массы по массе, его использование в лаборатории и то, как определить его для водного раствора.

Спасибо за просмотр!