・濃度

General Chemistry

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Overview

ソース: 博士マイケル ・ エヴァンスの研究所、ジョージア工科大学

ソリューションは、少量、溶媒と呼ばれる大量の溶質および 1 つのコンポーネントと呼ばれるいくつかのコンポーネントを含む均質な混合物です。固液ソリューションに含める 1 つまたは複数の固体溶質の液体の溶媒に溶解しました。ソリューションは、化学におけるユビキタス: 保存し材料の少量を処理、化学反応を実施および制御可能な特性を持つ素材の開発に使用されます。

溶液中の溶質分子の密度は、溶質の濃度と呼ばれます。濃度は溶質、溶媒と溶液の量を伝えるために使用する単位の異なる複数の方法で表現できます。

このデモでは、正確な分析技術を使用してターゲット濃度のショ糖液を準備する方法を示しています。さらに、このソリューションの濃度の様々 な施策を提示し、説明しました。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 一般化学の基本. ・濃度. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

水に浸漬するとき、水の分子に囲まれて粒子 (分子またはイオン) に多くの固体がバラバラに。解散のこのプロセスは液体の水から成る単一の均一混合物に液体・固体の異種混合物を変換し、溶質粒子を溶解します。ショ糖の分解プロセスは、固体および水溶液相指定子を使用して化学方程式として記述できます。次の種 (aq) 指定子は、その種、分子の周りにある水と溶媒和を意味します。

Equation 1

さまざまなソリューションがあります溶解粒子の数が異なると、濃度は溶液内の溶質粒子の濃度を定量化する測定。1 つの基本的な指標濃度は溶質のモル分率 (x): 溶質粒子 (n溶質) の付加モル数はソリューションのコンポーネント (すべての溶質と溶媒) のモルの総数で割った値します。

Equation 2

106与えるを集中力 (ppm) ソリューションの百万の粒子ごとの溶質粒子数百万ごとの部分のモル分率を掛けること。ソリューション、またはモル濃度 (M) の 1 リットルあたりの溶質のモル数は濃度の 2 つ目の一般的な指標です。

Equation 3

濃度は溶質のため大量の部品質量、ソリューションの一部としても表現されます。

Equation 4

マスの集中化によって部品を掛けて 100% 質量 % を与えます。

最後に、重量モル濃度はソリューションの「サイズ」の対策として、溶媒の質量ではなく、溶液の量を使用して濃度の測定です。重量モル濃度は、キログラムで溶媒の質量と溶質のモル数の比率です。

Equation 5

ターゲット モル溶液の正確かつ正確な準備には、慎重な分析技術が必要です。固体溶質を慎重に秤量し、定量的に転送する必要があります (完全に)、メスフラスコに。ソリューションに達するガラス上のマークまで溶媒を慎重に追加しできます。最高の結果を得るには、溶質、溶媒量未満で完全に分解するべきで、固体溶質が表示されていない場合、任意の残りの溶媒を追加必要があります。

Procedure

1. 0.0100 M ショ糖溶液 100 mL の調製

  1. モル数と 100 mL の溶液に溶解する (C12H22O11) ショ糖の質量を決定します。
    Equation 6
  2. バランスを蔗糖の質量を重量を量る。最初バランスで重量を量るボートを配置し、「自重」を設定します。薬さじを使用して慎重に固体溶質から転送試薬瓶重量ボートに必要な量が得られるまで。
  3. 清潔で乾燥した 100 mL のメスフラスコに粉の漏斗を配置します。フラスコに漏斗を通して計量ボートから固体を注ぐ。
  4. 蒸留水 (溶剤) を含む洗浄ボトルを使用して、残っているフラスコに漏斗を通して計量ボートからしっかりすすいでください。
  5. 液体レベル フラスコ (しかしない印) の首に達するまで蒸留水蛇口を使用して溶媒を追加します。キャップし、溶質を溶解する優しくフラスコを渦します。
  6. 溶質のすべてが解散した後は、慎重に液面のマークに達するまで溶媒を追加するのに洗浄ボトルを使用します。
  7. キャップし、ソリューションのよい混合を確実に数回、メスフラスコを反転します。

2. 過飽和のショ糖液を作る

  1. 600 mL ビーカーに蒸留水 100 mL を追加します。
  2. ショ糖の 220 g をビーカーに追加します。
  3. ビーカー内電磁攪拌棒を置き、15 分間、撹拌混合物を許可します。
  4. 混合物を調べる: ショ糖のすべてが解散しました。50 ° C、さらに 10 分間攪拌混合物を加熱します。
  5. 混合物を調べる: ショ糖のすべてが 50 ° C で溶けます。
  6. 部屋の温度に冷却するソリューションを許可します。ソリューションを調べます: 50 ° C で分解した追加のショ糖のまま室温で溶解しました。室温で溶液を過飽和します。

ソリューションは、化学のユビキタス。保存し材料の少量を処理、化学反応を実施および制御可能な特性を持つ素材の開発に使用されます。ソリューションは、少量、溶媒と呼ばれる大量の溶質および 1 つのコンポーネントと呼ばれるいくつかのコンポーネントを含む均質な混合物です。ソリューションの合計量に対する溶質の量は、その「集中」と呼ばれます。かどうかそれは質量、ボリューム、または考えられているソリューション コンポーネントのモルの量、この測定によっては実験のニーズに合わせてのいくつかの異なる方法で表現することができます。このビデオでまず溶液の濃度を測定するユニットの種類を確認します。我々 は、ショ糖液を作るためのプロトコルを通過します。最後に、多様な化学的用途で濃度測定を使用する方法を紹介します。

溶液の濃度は、それぞれが他の人よりも特定のアプリケーションに適して可能性があります、別の単位数で表現できます。最も一般的に使用される単位の 1 つがソリューションの体積あたりの溶質の量は、モルです。1 モルは 1 モル溶液 1 リットルあたりの溶質のと同等です。液体のボリュームを測定の簡単のためモル濃度は溶液反応の化学量論的計算のための最も便利な単位の 1 つです。化学量論は、反応に関与する分子の数に基づいています。したがって、モル濃度を知るには、必須の試薬の計算が簡単になります。

濃度、溶媒質量あたりの溶質の量として表されます、重量モル濃度測定が呼び出されます。温度、温度差を伴う colligative プロパティとして知られているソリューションの物理的性質を勉強するとき有利である重量モル濃度で濃度を測定、材料変更のボリューム。モル分率は、別の一般的な濃度単位のすべてのソリューション コンポーネントのモルの総数につき溶質のモル数で与えられる-溶質と溶媒。モル分率は、「蒸気圧」ソリューションを調査するとき例えば、役に立つ。これはモル分率に等しい総圧分圧の比を溶質と溶媒粒子気体段階に液体の解決から「脱出」する程度を反映します。溶液の濃度の測定方法のアイデアがあるので、特定のモル濃度とソリューションを作るためのプロトコル見ていきましょう。

最初のショ糖、モル数に到着する目的のボリュームと溶液の濃度を使用し、質量に変換する分子固まりを使用して必要なショ糖の質量を計算することによって開始します。この例では、100 mL の 0.01 M ショ糖溶液は作られているので 0.342 g 必要になります。ショ糖の必要な質量を量り、まずバランスできれいで、空重量ボートを配置します。セット「自重」、つまり、空のウェイトを設定 0 としてボートを重さ。希望の金額が得られるまでは重量を量るボートに試薬瓶からショ糖パウダーが、薬さじを使用して、転送します。清潔で乾燥した 100 mL のメスフラスコに粉の漏斗を配置します。慎重に目標到達プロセスを介してショ糖を注ぐ。水を蒸留、溶媒を含む洗浄ボトルを使用してこの場合、残っているフラスコに量りボートから固体をすすいでください。

蒸留水よりを追加、校正マークに到達する前に停止します。キャップと固体を溶解するためにゆっくり旋回します。固体完全に溶解することができないこの時点でフラスコのすべての方法を記入することが重要です。

すべてのショ糖が解散すると、慎重に半月板の下部に達する体積卒業まで洗浄ボトルを使用して溶媒を追加します。フラスコを再びキャップし、完全な溶解と混合できるように数回を反転します。

過飽和溶液は、1 つより多くの溶質が溶解し、温度や溶媒の他の物理的性質を与えられた期待されるでしょう。程度は、溶質、溶媒、冷却速度に基づいています。過飽和は最初条件における溶質を溶解、溶解度が高く、およびソリューションの状態を急速に変更することによって達成される-たとえば、その温度やガス量の減少-溶質粒子はソリューションの出て来ることができるよりも速く。この時点で、それらの条件の下で直接溶質を溶解することにより可能になるより多くの溶質が新しい条件の下で溶液中に残ってください。過飽和のショ糖液を作成するには、まず、ビーカーに 100 mL の水を配置します。電磁攪拌棒を追加し、ホット プレートでかき混ぜます。攪拌水の中にショ糖の 220 g を追加し、15 分間攪拌しショ糖混合物を許可します。15 分後、ショ糖のすべてが解散を観察します。この時点で 50 ° Cの混合物を加熱します。さらに 10 分間混合物を攪拌を続行します。

ソリューションを再度調べます。ショ糖のすべては、50 ° Cの水に溶解されている必要があります。今、ゆっくりと部屋の温度に冷却し、攪拌棒を削除ソリューションをできます。ショ糖は、まだ、溶存残っているを確認します。室内温度ソリューションは過飽和今。このソリューションに追加ショ糖の粉体の少量を追加するすべての溶存の糖の再結晶化を引き起こすことができます。

特定濃度のソリューションを準備する方法を見ている、今、どのように概念がさまざまなアプリケーションのための重要な考慮事項をすることができますのいくつかの例を見てみましょう。

濃度の試薬、溶剤成分と化学反応を多くの他のコンポーネントは、反応物の速度に大きな影響を与えます。高反応物の濃度は、分子が互いに出会うし、反応、したがって潜在的反応速度を増加させることの可能性を高めます。同時にイオン塩溶液中の濃度の増加は疎水性、または「水をはじく」分子の凝集も支持可能性があります。

ここで研究、さまざまな反応溶媒中の塩濃度の存在下で長いポリマーに複雑な分子の自己集合。彼らはより高い塩濃度で、ポリマーに分子のアセンブリがより容易に発生、発見しました。

濃度は、結晶化などの物理的なプロセスの速度も影響します。生物学者はしばしば、どこ彼らきちんとの手配になる結晶格子の構造を x 線がこれらの結晶を引き起こす方法を研究することによって推定できるので、蛋白質などの分子を結晶化します。蛋白質を結晶化するため、「沈殿」、通常異なる濃度と pH でのいくつか種類の塩タンパク質溶液を混在しています。この混合物のドロップより沈殿溶液のタンクを密閉容器に入れます。液滴と貯水池の間沈殿濃度の平衡のための蛋白質溶液滴から水が蒸発する蛋白質ますます過飽和になる、ソリューションの最終的に結晶化します。詳細については、結晶成長に私たちのビデオを参照してください。

最後に、濃度の理解は、環境中の毒素のレベルを評価するため重要です。この例では、科学者たちは、食料や水のサンプルで毒素が特定のタンパク質を切断する程度を検出することで潜在的に致命的な細菌毒素ボツリヌスの量を検出するアッセイを開発しました。アッセイを行う既知濃度の異なる毒素の活動レベルを測定することによってまず「標準曲線」が生成されます。未知試料から分離された毒素をテストに受けることができますし、濃度を標準曲線にその活動を比較することによって補間することができます。

ゼウスのソリューションを作る入門を見てきただけ。今、濃度、特定濃度、最後に、トピックの重要性を説明するいくつかのアプリケーションとソリューションを作るためのデモを表現するためのさまざまな単位を使用する場合を理解する必要があります。

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Results

手順 1 では、0.0100 M ショ糖溶液 100 mL を作成します。以外のモル濃度を基準に変換するには、ソリューションを準備する使用される水の量を決定します。これは正確に測定することができますが測定の不在それと想定できます溶解した溶質粒子の量はごくわずか (すなわち、使用される水の量は 100 mL)。水の密度を使用して.

Equation 7

この溶液中のショ糖の重量モル濃度はします。

Equation 8

ショ糖の質量によって部品と等しい。

Equation 9

ショ糖のモル分率は、100 g の水のモルの数を決定する溶液中粒子の総量でショ糖の量を割ることによって計算できます。

Equation 10

手順 2 は、水にショ糖の溶解度が温度に依存であることを示しています。飽和溶液に不溶のショ糖を分解する, 加熱、高温高濃度の飽和溶液を形成します。このソリューションの冷却ソリューションのショ糖は沈殿しません。結果の冷却ソリューションは、ショ糖と過飽和です。このソリューションに追加ショ糖の粉体の少量を追加するすべての溶存の糖の再結晶化を引き起こすことができます。

Applications and Summary

固体液体のソリューションは、化学のユビキタス。ほとんどの化学反応がために実行ソリューション溶解溶質が急速に互いにぶつかるミックスしてモバイルに十分な。ソリューションは、巨視的と扱いやすいボリュームへの溶質の少量保存にも使用できます。ソリューションは、溶媒に溶質を溶解エントロピー効果に起因することができます colligative プロパティと呼ばれるいくつかの興味深い物性を示します。

溶液濃度のそう多くの異なった手段が存在する理由の 1 つと思うかもしれません。答えは、ソリューションの多くのアプリケーションとする濃度にまたがる多くの桁違いであります。環境からの水のサンプルは、例えば、金属イオンの濃度にあたりいくつかの部分の範囲の百万-それは非現実的であり、この小さな濃度モル濃度、ほくろ分数として表現する誤解を招く可能性があります。モルは化学反応の化学量論計算濃度の便利なメジャーが、重量モル濃度、colligative プロパティ特定の研究に適しています。

多くのコンテキストで濃度の正確な知識が不可欠であるために調製した溶液の技術を完成が重要です。化学反応を実行すると、たとえば、すぎる、または少なすぎる溶質の使用可能性があります無駄な反応または低収率。ビールの法律などの濃度を含む実証的関係の研究は、正確に既知濃度に依存します。多くの場合、液濃度の不確かさは、直接反応エンタルピーなど、計算値の不確実性に します。それは不正確さを完全に排除することが、不確実性を最小限に抑えるソリューション作成のための分析技術の使用が保証されます。

1. 0.0100 M ショ糖溶液 100 mL の調製

  1. モル数と 100 mL の溶液に溶解する (C12H22O11) ショ糖の質量を決定します。
    Equation 6
  2. バランスを蔗糖の質量を重量を量る。最初バランスで重量を量るボートを配置し、「自重」を設定します。薬さじを使用して慎重に固体溶質から転送試薬瓶重量ボートに必要な量が得られるまで。
  3. 清潔で乾燥した 100 mL のメスフラスコに粉の漏斗を配置します。フラスコに漏斗を通して計量ボートから固体を注ぐ。
  4. 蒸留水 (溶剤) を含む洗浄ボトルを使用して、残っているフラスコに漏斗を通して計量ボートからしっかりすすいでください。
  5. 液体レベル フラスコ (しかしない印) の首に達するまで蒸留水蛇口を使用して溶媒を追加します。キャップし、溶質を溶解する優しくフラスコを渦します。
  6. 溶質のすべてが解散した後は、慎重に液面のマークに達するまで溶媒を追加するのに洗浄ボトルを使用します。
  7. キャップし、ソリューションのよい混合を確実に数回、メスフラスコを反転します。

2. 過飽和のショ糖液を作る

  1. 600 mL ビーカーに蒸留水 100 mL を追加します。
  2. ショ糖の 220 g をビーカーに追加します。
  3. ビーカー内電磁攪拌棒を置き、15 分間、撹拌混合物を許可します。
  4. 混合物を調べる: ショ糖のすべてが解散しました。50 ° C、さらに 10 分間攪拌混合物を加熱します。
  5. 混合物を調べる: ショ糖のすべてが 50 ° C で溶けます。
  6. 部屋の温度に冷却するソリューションを許可します。ソリューションを調べます: 50 ° C で分解した追加のショ糖のまま室温で溶解しました。室温で溶液を過飽和します。

ソリューションは、化学のユビキタス。保存し材料の少量を処理、化学反応を実施および制御可能な特性を持つ素材の開発に使用されます。ソリューションは、少量、溶媒と呼ばれる大量の溶質および 1 つのコンポーネントと呼ばれるいくつかのコンポーネントを含む均質な混合物です。ソリューションの合計量に対する溶質の量は、その「集中」と呼ばれます。かどうかそれは質量、ボリューム、または考えられているソリューション コンポーネントのモルの量、この測定によっては実験のニーズに合わせてのいくつかの異なる方法で表現することができます。このビデオでまず溶液の濃度を測定するユニットの種類を確認します。我々 は、ショ糖液を作るためのプロトコルを通過します。最後に、多様な化学的用途で濃度測定を使用する方法を紹介します。

溶液の濃度は、それぞれが他の人よりも特定のアプリケーションに適して可能性があります、別の単位数で表現できます。最も一般的に使用される単位の 1 つがソリューションの体積あたりの溶質の量は、モルです。1 モルは 1 モル溶液 1 リットルあたりの溶質のと同等です。液体のボリュームを測定の簡単のためモル濃度は溶液反応の化学量論的計算のための最も便利な単位の 1 つです。化学量論は、反応に関与する分子の数に基づいています。したがって、モル濃度を知るには、必須の試薬の計算が簡単になります。

濃度、溶媒質量あたりの溶質の量として表されます、重量モル濃度測定が呼び出されます。温度、温度差を伴う colligative プロパティとして知られているソリューションの物理的性質を勉強するとき有利である重量モル濃度で濃度を測定、材料変更のボリューム。モル分率は、別の一般的な濃度単位のすべてのソリューション コンポーネントのモルの総数につき溶質のモル数で与えられる-溶質と溶媒。モル分率は、「蒸気圧」ソリューションを調査するとき例えば、役に立つ。これはモル分率に等しい総圧分圧の比を溶質と溶媒粒子気体段階に液体の解決から「脱出」する程度を反映します。溶液の濃度の測定方法のアイデアがあるので、特定のモル濃度とソリューションを作るためのプロトコル見ていきましょう。

最初のショ糖、モル数に到着する目的のボリュームと溶液の濃度を使用し、質量に変換する分子固まりを使用して必要なショ糖の質量を計算することによって開始します。この例では、100 mL の 0.01 M ショ糖溶液は作られているので 0.342 g 必要になります。ショ糖の必要な質量を量り、まずバランスできれいで、空重量ボートを配置します。セット「自重」、つまり、空のウェイトを設定 0 としてボートを重さ。希望の金額が得られるまでは重量を量るボートに試薬瓶からショ糖パウダーが、薬さじを使用して、転送します。清潔で乾燥した 100 mL のメスフラスコに粉の漏斗を配置します。慎重に目標到達プロセスを介してショ糖を注ぐ。水を蒸留、溶媒を含む洗浄ボトルを使用してこの場合、残っているフラスコに量りボートから固体をすすいでください。

蒸留水よりを追加、校正マークに到達する前に停止します。キャップと固体を溶解するためにゆっくり旋回します。固体完全に溶解することができないこの時点でフラスコのすべての方法を記入することが重要です。

すべてのショ糖が解散すると、慎重に半月板の下部に達する体積卒業まで洗浄ボトルを使用して溶媒を追加します。フラスコを再びキャップし、完全な溶解と混合できるように数回を反転します。

過飽和溶液は、1 つより多くの溶質が溶解し、温度や溶媒の他の物理的性質を与えられた期待されるでしょう。程度は、溶質、溶媒、冷却速度に基づいています。過飽和は最初条件における溶質を溶解、溶解度が高く、およびソリューションの状態を急速に変更することによって達成される-たとえば、その温度やガス量の減少-溶質粒子はソリューションの出て来ることができるよりも速く。この時点で、それらの条件の下で直接溶質を溶解することにより可能になるより多くの溶質が新しい条件の下で溶液中に残ってください。過飽和のショ糖液を作成するには、まず、ビーカーに 100 mL の水を配置します。電磁攪拌棒を追加し、ホット プレートでかき混ぜます。攪拌水の中にショ糖の 220 g を追加し、15 分間攪拌しショ糖混合物を許可します。15 分後、ショ糖のすべてが解散を観察します。この時点で 50 ° Cの混合物を加熱します。さらに 10 分間混合物を攪拌を続行します。

ソリューションを再度調べます。ショ糖のすべては、50 ° Cの水に溶解されている必要があります。今、ゆっくりと部屋の温度に冷却し、攪拌棒を削除ソリューションをできます。ショ糖は、まだ、溶存残っているを確認します。室内温度ソリューションは過飽和今。このソリューションに追加ショ糖の粉体の少量を追加するすべての溶存の糖の再結晶化を引き起こすことができます。

特定濃度のソリューションを準備する方法を見ている、今、どのように概念がさまざまなアプリケーションのための重要な考慮事項をすることができますのいくつかの例を見てみましょう。

濃度の試薬、溶剤成分と化学反応を多くの他のコンポーネントは、反応物の速度に大きな影響を与えます。高反応物の濃度は、分子が互いに出会うし、反応、したがって潜在的反応速度を増加させることの可能性を高めます。同時にイオン塩溶液中の濃度の増加は疎水性、または「水をはじく」分子の凝集も支持可能性があります。

ここで研究、さまざまな反応溶媒中の塩濃度の存在下で長いポリマーに複雑な分子の自己集合。彼らはより高い塩濃度で、ポリマーに分子のアセンブリがより容易に発生、発見しました。

濃度は、結晶化などの物理的なプロセスの速度も影響します。生物学者はしばしば、どこ彼らきちんとの手配になる結晶格子の構造を x 線がこれらの結晶を引き起こす方法を研究することによって推定できるので、蛋白質などの分子を結晶化します。蛋白質を結晶化するため、「沈殿」、通常異なる濃度と pH でのいくつか種類の塩タンパク質溶液を混在しています。この混合物のドロップより沈殿溶液のタンクを密閉容器に入れます。液滴と貯水池の間沈殿濃度の平衡のための蛋白質溶液滴から水が蒸発する蛋白質ますます過飽和になる、ソリューションの最終的に結晶化します。詳細については、結晶成長に私たちのビデオを参照してください。

最後に、濃度の理解は、環境中の毒素のレベルを評価するため重要です。この例では、科学者たちは、食料や水のサンプルで毒素が特定のタンパク質を切断する程度を検出することで潜在的に致命的な細菌毒素ボツリヌスの量を検出するアッセイを開発しました。アッセイを行う既知濃度の異なる毒素の活動レベルを測定することによってまず「標準曲線」が生成されます。未知試料から分離された毒素をテストに受けることができますし、濃度を標準曲線にその活動を比較することによって補間することができます。

ゼウスのソリューションを作る入門を見てきただけ。今、濃度、特定濃度、最後に、トピックの重要性を説明するいくつかのアプリケーションとソリューションを作るためのデモを表現するためのさまざまな単位を使用する場合を理解する必要があります。

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