解决方案和浓度

General Chemistry

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Overview

资料来源: 实验室的迈克尔 · 埃文斯博士 — — 乔治亚理工学院

一个解决方案是均匀的混合物,包含一些小的金额,称为溶质和一个组件数量很大,称为溶剂中的组件。固-液解决方案包含一个或多个固体溶质溶于液体的溶剂。解决方案是在化学无处不在: 他们都用来存储和处理少量的材料,进行化学反应,并开发具有可控特性的材料。

溶质在溶液中的密度称为溶质的浓度。浓度可以用几种方法,不同的用于传达溶质,溶剂和溶液的量的单位表示。

这个演示说明了如何准备随着使用精确分析技术靶浓度的蔗糖溶液。此外,此溶液的浓度的各项措施提出并解释了。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 一般化学精要. 解决方案和浓度. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Principles

当浸没在水中,许多固体掰开,成微粒 (分子或离子) 被水分子包围。这一过程的溶解的固体和液体均匀的混合物转化为液态水组成的单一均质混合气和溶解溶质粒子。蔗糖的溶出度过程可以写成使用固体和水阶段指示符的化学方程式。后一种的 (aq) 指示符意味着的水分子包围和溶解该物种。

Equation 1

不同的解决方案可能包含不同数量的溶解的颗粒,和浓度是量化的解决方案内溶质粒子密度的措施。浓度的一个根本措施是溶质的摩尔分数 (x): 摩尔溶质粒子 (n溶质) 数除以总的解决方案组件 (所有溶质和溶剂) 的摩尔数。

Equation 2

摩尔分数乘以 106给出了部分每百万 (ppm) 浓度,每百万颗粒的溶液的溶质粒子的数量。每升溶液或摩尔浓度 (M),溶质的摩尔数是浓度的第二个常用。

Equation 3

如按重量,该解决方案的分数部分群众由于溶质,也可能表示浓度。

Equation 4

质量百分比给出零件的质量浓度乘以 100%。

最后,质量摩尔浓度是浓度的溶剂的作为一项措施的"大小"的解决方案使用的质量,而不是浓度的溶剂的溶液的体积测定。质量摩尔浓度是溶剂的以公斤为单位的质量,对溶质的摩尔数之比。

Equation 5

精确和准确的目标摩尔浓度溶液制备需要仔细的分析技术。必须小心衡量和定量转移固体溶质 (完全) 到容量瓶。直到该解决方案达到玻璃器皿上的标记然后可以仔细加入溶剂。为了获得最佳结果,应允许溶质溶于溶剂,总体积小于完全和可见没有固体溶质时,应添加任何剩余的溶剂。

Procedure

1.100 毫升的 0.0100 M 蔗糖溶液的制备

  1. 确定的摩尔数和大量蔗糖 (C12H22O11) 溶解在 100 毫升的解决方案。
    Equation 6
  2. 权衡了蔗糖对平衡的质量。第一次称重船放平衡,设置"自重"。然后使用 scoopula,小心转移固体溶质从试剂瓶到称重船直到获得所需的量。
  3. 将粉漏斗放入干净和干燥的 100 毫升容量瓶中。倒固体从称重小船通过漏斗放在烧瓶。
  4. 用洗瓶含蒸馏水 (溶剂),冲洗任何剩余固体从称重小船通过漏斗放在烧瓶。
  5. 添加溶剂使用蒸馏水水龙头,直到液位达到颈烧瓶 (但不是包括标记)。盖和旋流瓶轻轻地溶解溶质。
  6. 一旦所有的溶质溶解,使用洗瓶仔细添加溶剂,直到液位达到马克。
  7. 帽子和反转容量瓶几次以确保良好的混合解决方案。

2.制作过饱和的蔗糖溶液

  1. 添加到 600 毫升烧杯 100 毫升的蒸馏水。
  2. 向烧杯中添加蔗糖 220 克。
  3. 将磁搅拌棒放在烧杯和允许的混合物搅拌 15 分钟。
  4. 检查该混合物: 并不是所有的蔗糖亦随之解散。加热混合物至 50 º C 和额外的 10 分钟搅拌。
  5. 检查混合: 所有蔗糖溶解在 50 º C。
  6. 让溶液冷却到室温。检查解决方案: 溶解在 50 º C 的附加蔗糖仍然是溶解在室温。过饱和溶液在室温。

解决方案是在化学无处不在。他们都用来存储和处理少量的材料,进行化学反应,并开发具有可控特性的材料。一个解决方案是均匀的混合物,包含一些小的金额,称为溶质和一个组件数量很大,称为溶剂中的组件。解决方案的总金额与溶质的量被称为其"浓度"。取决于它是否有质量,体积,或正在考虑的解决方案组件在摩尔量,这种测量方法可以在各种不同的方式,表示根据实验的需要。在这个视频中,我们将首先回顾不同类型的单位测量溶液的浓度。然后我们会通过一项议定书,使蔗糖溶液。最后,我们会看看在不同化学应用程序如何使用浓度测量。

溶液的浓度可以表示在不同的单位,每一种可能是比别人更适合特定的应用程序数目。一个最常用的单位是解决方案的摩尔,是解决方案的每个卷; 溶质的量一个臼齿是相当于一摩尔每升溶液中溶质。由于液体的体积测量的简单性,摩尔浓度是溶液中反应的化学计量比计算的最方便单位之一。化学计量学基于参与反应的分子数目。因此,知道摩尔浓度简化了计算过程所需的试剂。

当浓度表示为溶质质量的溶剂的量时,测量被称为质量摩尔浓度。材料的体积随温度的变化,所以浓度测量与质量摩尔浓度是有利的当学习物理性能的解决方案,称为依数性,涉及温度的差异。摩尔分数是另一个常见的浓度单位,并给出了由每总数的所有解决方案组件的摩尔溶质的摩尔数 — — 溶质和溶剂。摩尔分数是有用的例如,调查"蒸气压力"的解决方案时。由此可见程度的溶质和溶剂粒子"逃离"进入气相,液体溶液的摩尔分数等于分压对总压比。现在,你有一个想法如何可以衡量溶液的浓度,通过制作特定的摩尔浓度溶液的协议吧。

首先计算蔗糖首先使用所需的体积和溶液浓度的蔗糖,摩尔数到达,然后使用分子质量转换为大众所需的质量。在此示例中,正在取得 100 毫升的 0.01 M 蔗糖溶液,所以将需要 0.342 g。要衡量出所需质量的蔗糖,首先放干净的空重船的平衡。设置"自重",这意味着设置空的重量衡量船为零。然后,使用 scoopula,蔗糖粉从转移试剂瓶上重船直到获得所需的量。将粉末漏斗放入洁净、 干燥的 100 毫升容量瓶。小心地倒入漏斗形蔗糖。在这种情况下使用含有溶剂,洗瓶蒸馏水,冲洗任何剩余固体从称重小船放在瓶子里。

添加更多蒸馏水,但停止之前,它达到标定马克。章和旋流轻轻地溶解固体。很重要不填补烧瓶一路在这一点上,因为它可能是困难的固体,充分溶解。

一旦所有的蔗糖已经解散,仔细地添加溶剂使用洗瓶底部的半月板直至体积毕业。再盖瓶和反转它几次,确保完全溶解和混合。

过饱和的溶液是溶剂的一个更多的溶质溶解然后会料到,给出了温度或其他物理性能。程度基于溶质、 溶剂和冷却速率。过饱和通过首先溶解条件中的溶质的溶解度较高,,然后迅速更改解决方案的条件 — — 例如,降低其温度或卷 — — 比溶质粒子可以出来的解决方案更快。在这一点上,更多的溶质会留在新条件下的解决方案可以通过溶解溶质直接在这些条件下的比。若要创建过饱和的蔗糖溶液,第一次将 100 毫升的水放入烧杯。添加磁性搅拌棒,然后一边搅拌,热板。添加蔗糖 220g 入搅拌的水中,并允许蔗糖混合,搅拌 15 分钟。15 分钟后观察并不是所有的蔗糖已解散。在这一点上,加热混合物至 50 ° C。继续搅拌额外的 10 分钟。

重新检查解决方案。所有蔗糖应已在 50 ° C水中溶解。现在,让溶液缓慢冷却至室温和删除搅拌棒。观察到蔗糖仍是溶解。房间温度解决方案现在过饱和。即使是少量的额外蔗糖粉加入此解决方案可以触发快速再结晶的溶解的蔗糖。

现在,您已经看到如何准备与特定浓度的解决方案,让我们来看看几个例子的概念如何可以应用于各种重要的考虑因素。

浓度的试剂、 溶剂组件和其他组件的一种化学反应经常产生重大影响,对产品的反应率。更高的反应物浓度增加的可能性的分子会彼此相遇,并作出反应,从而有可能提高反应速率。同时,带电盐溶液中的离子浓度增加可能也青睐疏水性,或"水排斥"分子的聚合。

研究人员在这里研究了自组装的复杂分子的聚合物长在不同浓度的盐反应溶剂中存在。他们发现,在高盐浓度时,聚合物的分子组装更容易发生。

浓度也会影响结晶等物理过程的速率。生物学家经常结晶分子,如蛋白质,在哪里他们成为整齐排列在晶体点阵,所以它们的结构可以通过研究 x 射线通过这些晶体的衍射推论。结晶的蛋白质,与"沉淀",通常的某种形式,在不同浓度和 ph 值的一种盐混合蛋白溶液。这种混合物滴然后放入水库更浓缩沉淀剂溶液封闭室。当水从蛋白质溶液滴蒸发时为了平衡液滴和储集层的沉淀剂浓度,蛋白变得日益饱和和最终结晶的解决方案。更多的信息,请参阅对晶体生长的我们的视频。

最后,理解浓度是重要的评价在环境中的毒素含量。在此示例中,科学家开发出检测方法的致命细菌毒素肉毒杆菌量在食物或水的样本,通过检测的毒素劈开特定蛋白质的程度。若要执行检测,通过测量不同已知浓度的毒素的活动级别首次生成"标准曲线"。毒素从未知样品分离然后可以受到测试,和浓度可以通过比较其活动对标准曲线插补。

你刚看了朱庇特的简介使解决方案。现在,您应该了解何时使用不同的单位表示浓度,一次示范为制作与特定浓度,和最后,说明了该专题的重要性的几个应用程序的解决方案。

谢谢观赏 !

Results

过程步骤 1 创建的 0.0100 M 蔗糖溶液 100 毫升。要转换的非摩尔浓度的措施,确定用于制备溶液的水的质量。虽然这可以准确地测量,在测量没有它可以假设溶解溶质粒子的体积是可以忽略不计 (即,使用的水的体积是 100 毫升)。利用水的密度的...

Equation 7

在此解决方案中蔗糖的质量摩尔浓度,因而是:

Equation 8

部分由蔗糖质量等于:

Equation 9

蔗糖的摩尔分数可以计算方法确定内 100g 水的摩尔数,除以适量的蔗糖溶液中微粒的总金额。

Equation 10

第 2 步程序说明了蔗糖在水中的溶解度是温度的依赖性。在加热,休息在饱和溶液中的溶的蔗糖溶解,形成饱和的溶液的浓度越高,温度高的物体。当此溶液冷却时,蔗糖不沉淀的解决方案。由此产生的冷却的解决方案是过饱和与蔗糖。即使是少量的额外蔗糖粉加入此解决方案可以触发快速再结晶的溶解的蔗糖。

Applications and Summary

固-液解决方案是在化学无处不在。最化学反应是在解决方案中运行因为溶解溶质是足够移动迅速混合和撞到另一个。解决方案还可以用来存储少量的溶质在宏观和容易处理的卷。解展示了一些有趣的物理属性,称为可以归因于溶解溶质在溶剂中的熵影响的依数性。

有人可能会问为什么这么多不同的措施,溶液浓度的存在。答案在于解决方案的许多应用中的浓度跨越多个数量级。在样品中的水从环境,例如,金属离子浓度范围可以在几个部分,每百万 — — 它是不切实际的可能误导来表达这微小的浓度为摩尔浓度或摩尔分数。摩尔浓度对于涉及化学反应的化学计量比计算方便措施,质量摩尔浓度虽有更适合在一定的依数性的研究。

完善的溶液制备技术很重要,因为在许多情况下,浓度的精确知识至关重要。当运行一种化学反应,例如,使用太多或太少的溶质可能导致浪费反应物或低产品的收益率。研究涉及浓度,例如啤酒的法,实证关系取决于精确的已知浓度。通常情况下,溶液浓度不精确性直接导致计算的值,如反应焓的不确定性。虽然它不可能完全消除不精确,分析技术用于解决方案制作,确保不确定性最小化。

1.100 毫升的 0.0100 M 蔗糖溶液的制备

  1. 确定的摩尔数和大量蔗糖 (C12H22O11) 溶解在 100 毫升的解决方案。
    Equation 6
  2. 权衡了蔗糖对平衡的质量。第一次称重船放平衡,设置"自重"。然后使用 scoopula,小心转移固体溶质从试剂瓶到称重船直到获得所需的量。
  3. 将粉漏斗放入干净和干燥的 100 毫升容量瓶中。倒固体从称重小船通过漏斗放在烧瓶。
  4. 用洗瓶含蒸馏水 (溶剂),冲洗任何剩余固体从称重小船通过漏斗放在烧瓶。
  5. 添加溶剂使用蒸馏水水龙头,直到液位达到颈烧瓶 (但不是包括标记)。盖和旋流瓶轻轻地溶解溶质。
  6. 一旦所有的溶质溶解,使用洗瓶仔细添加溶剂,直到液位达到马克。
  7. 帽子和反转容量瓶几次以确保良好的混合解决方案。

2.制作过饱和的蔗糖溶液

  1. 添加到 600 毫升烧杯 100 毫升的蒸馏水。
  2. 向烧杯中添加蔗糖 220 克。
  3. 将磁搅拌棒放在烧杯和允许的混合物搅拌 15 分钟。
  4. 检查该混合物: 并不是所有的蔗糖亦随之解散。加热混合物至 50 º C 和额外的 10 分钟搅拌。
  5. 检查混合: 所有蔗糖溶解在 50 º C。
  6. 让溶液冷却到室温。检查解决方案: 溶解在 50 º C 的附加蔗糖仍然是溶解在室温。过饱和溶液在室温。

解决方案是在化学无处不在。他们都用来存储和处理少量的材料,进行化学反应,并开发具有可控特性的材料。一个解决方案是均匀的混合物,包含一些小的金额,称为溶质和一个组件数量很大,称为溶剂中的组件。解决方案的总金额与溶质的量被称为其"浓度"。取决于它是否有质量,体积,或正在考虑的解决方案组件在摩尔量,这种测量方法可以在各种不同的方式,表示根据实验的需要。在这个视频中,我们将首先回顾不同类型的单位测量溶液的浓度。然后我们会通过一项议定书,使蔗糖溶液。最后,我们会看看在不同化学应用程序如何使用浓度测量。

溶液的浓度可以表示在不同的单位,每一种可能是比别人更适合特定的应用程序数目。一个最常用的单位是解决方案的摩尔,是解决方案的每个卷; 溶质的量一个臼齿是相当于一摩尔每升溶液中溶质。由于液体的体积测量的简单性,摩尔浓度是溶液中反应的化学计量比计算的最方便单位之一。化学计量学基于参与反应的分子数目。因此,知道摩尔浓度简化了计算过程所需的试剂。

当浓度表示为溶质质量的溶剂的量时,测量被称为质量摩尔浓度。材料的体积随温度的变化,所以浓度测量与质量摩尔浓度是有利的当学习物理性能的解决方案,称为依数性,涉及温度的差异。摩尔分数是另一个常见的浓度单位,并给出了由每总数的所有解决方案组件的摩尔溶质的摩尔数 — — 溶质和溶剂。摩尔分数是有用的例如,调查"蒸气压力"的解决方案时。由此可见程度的溶质和溶剂粒子"逃离"进入气相,液体溶液的摩尔分数等于分压对总压比。现在,你有一个想法如何可以衡量溶液的浓度,通过制作特定的摩尔浓度溶液的协议吧。

首先计算蔗糖首先使用所需的体积和溶液浓度的蔗糖,摩尔数到达,然后使用分子质量转换为大众所需的质量。在此示例中,正在取得 100 毫升的 0.01 M 蔗糖溶液,所以将需要 0.342 g。要衡量出所需质量的蔗糖,首先放干净的空重船的平衡。设置"自重",这意味着设置空的重量衡量船为零。然后,使用 scoopula,蔗糖粉从转移试剂瓶上重船直到获得所需的量。将粉末漏斗放入洁净、 干燥的 100 毫升容量瓶。小心地倒入漏斗形蔗糖。在这种情况下使用含有溶剂,洗瓶蒸馏水,冲洗任何剩余固体从称重小船放在瓶子里。

添加更多蒸馏水,但停止之前,它达到标定马克。章和旋流轻轻地溶解固体。很重要不填补烧瓶一路在这一点上,因为它可能是困难的固体,充分溶解。

一旦所有的蔗糖已经解散,仔细地添加溶剂使用洗瓶底部的半月板直至体积毕业。再盖瓶和反转它几次,确保完全溶解和混合。

过饱和的溶液是溶剂的一个更多的溶质溶解然后会料到,给出了温度或其他物理性能。程度基于溶质、 溶剂和冷却速率。过饱和通过首先溶解条件中的溶质的溶解度较高,,然后迅速更改解决方案的条件 — — 例如,降低其温度或卷 — — 比溶质粒子可以出来的解决方案更快。在这一点上,更多的溶质会留在新条件下的解决方案可以通过溶解溶质直接在这些条件下的比。若要创建过饱和的蔗糖溶液,第一次将 100 毫升的水放入烧杯。添加磁性搅拌棒,然后一边搅拌,热板。添加蔗糖 220g 入搅拌的水中,并允许蔗糖混合,搅拌 15 分钟。15 分钟后观察并不是所有的蔗糖已解散。在这一点上,加热混合物至 50 ° C。继续搅拌额外的 10 分钟。

重新检查解决方案。所有蔗糖应已在 50 ° C水中溶解。现在,让溶液缓慢冷却至室温和删除搅拌棒。观察到蔗糖仍是溶解。房间温度解决方案现在过饱和。即使是少量的额外蔗糖粉加入此解决方案可以触发快速再结晶的溶解的蔗糖。

现在,您已经看到如何准备与特定浓度的解决方案,让我们来看看几个例子的概念如何可以应用于各种重要的考虑因素。

浓度的试剂、 溶剂组件和其他组件的一种化学反应经常产生重大影响,对产品的反应率。更高的反应物浓度增加的可能性的分子会彼此相遇,并作出反应,从而有可能提高反应速率。同时,带电盐溶液中的离子浓度增加可能也青睐疏水性,或"水排斥"分子的聚合。

研究人员在这里研究了自组装的复杂分子的聚合物长在不同浓度的盐反应溶剂中存在。他们发现,在高盐浓度时,聚合物的分子组装更容易发生。

浓度也会影响结晶等物理过程的速率。生物学家经常结晶分子,如蛋白质,在哪里他们成为整齐排列在晶体点阵,所以它们的结构可以通过研究 x 射线通过这些晶体的衍射推论。结晶的蛋白质,与"沉淀",通常的某种形式,在不同浓度和 ph 值的一种盐混合蛋白溶液。这种混合物滴然后放入水库更浓缩沉淀剂溶液封闭室。当水从蛋白质溶液滴蒸发时为了平衡液滴和储集层的沉淀剂浓度,蛋白变得日益饱和和最终结晶的解决方案。更多的信息,请参阅对晶体生长的我们的视频。

最后,理解浓度是重要的评价在环境中的毒素含量。在此示例中,科学家开发出检测方法的致命细菌毒素肉毒杆菌量在食物或水的样本,通过检测的毒素劈开特定蛋白质的程度。若要执行检测,通过测量不同已知浓度的毒素的活动级别首次生成"标准曲线"。毒素从未知样品分离然后可以受到测试,和浓度可以通过比较其活动对标准曲线插补。

你刚看了朱庇特的简介使解决方案。现在,您应该了解何时使用不同的单位表示浓度,一次示范为制作与特定浓度,和最后,说明了该专题的重要性的几个应用程序的解决方案。

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