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솔루션 및 농도

Overview

출처: 마이클 에반스 박사 연구소 — 조지아 공과대학

용액은 소량의 솔루트라고 불리는 일부 성분을 포함하는 균일한 혼합물이며, 용매라고 하는 다량의 하나의 성분이다. 고체 액체 용액에는 액체 용매에 용해된 하나 이상의 고체 솔루트가 포함되어 있습니다. 솔루션은 화학에서 유비쿼터스: 소량의 물질을 저장 및 처리하고 화학 반응을 수행하며 제어 가능한 특성을 가진 물질을 개발하는 데 사용됩니다.

용액에서 솔ute의 밀도는 솔트의 농도로 알려져 있다. 농도는 여러 가지 방법으로 발현될 수 있으며, 솔트, 용매 및 용액의 양을 전달하는 데 사용되는 단위가 다릅니다.

이 데모는 정밀분석 기법을 사용하여 표적 농도로 자당 용액을 준비하는 방법을 보여줍니다. 또한, 이 용액의 농도에 대한 다양한 측정이 제시되고 설명된다.

Principles

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물에 담그면 많은 고체가 물 분자에 둘러싸인 입자 (분자 또는 이온)로 분해됩니다. 이 용해 공정은 고체와 액체의 이질적인 혼합물을 액체 물과 용해된 솔루트 입자로 구성된 단일 균질 혼합물로 변환합니다. 자당용 용해 공정은 고체 및 수성 상 설계기를 사용하여 화학 방정식으로 작성될 수 있습니다. 종에 따른(aq)지정자는 물 분자가 그 종을 둘러싸고 졸개하고 있음을 의미한다.

Equation 1

상이한 용액은 용존입자의 수가 다를 수 있으며, 농도는 용액 내에서 용성 입자의 밀도를 정량화하는 척도이다. 농도의 한 가지 근본적인 척도는 솔ute의 두더지 분획(x)입니다: 용액 성분의 총 두더지 수(모든 솔루트 및 용매)로 나눈 솔루트입자(nsolute)의두더지 수입니다.

Equation 2

두더지 분획을106으로 곱하면 백만 (ppm) 농도당 부품, 용액의 백만 입자 당 용성 입자의 수를 제공합니다. 용액 리터 당 solute의 수, 또는 어금니 (M), 농도의 두 번째 일반적인 측정이다.

Equation 3

농도는 또한 덩어리에 의해 부품으로 표현될 수 있으며, 용액 질량의 분수는 솔테에 의한 것이다.

Equation 4

질량 농도를 100% 곱하면 질량 퍼센트가 됩니다.

마지막으로, 용액의 부피가 아닌 용매의 질량을 용액의 "크기"의 척도로 사용하는 농도의 척도이다. 몰랄티는 킬로그램내용매의 질량에 대한 솔ute의 두더지 수의 비율입니다.

Equation 5 

대상 어모함을 가진 솔루션을 정확하고 정확하게 준비하려면 신중한 분석 기술이 필요합니다. 고체 솔루트는 신중하게 계량하고 양적 플라스크에 정량적으로 (완전히) 옮겨져야 합니다. 용매는 용액이 유리 제품의 마크에 도달할 때까지 신중하게 추가할 수 있습니다. 최상의 결과를 얻으려면 솔벤트의 총 부피 보다 적게 완전히 용해될 수 있어야 하며, 고체 솔벤트가 보이지 않을 때 남은 용매를 첨가해야 합니다.

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Procedure

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1. 0.0100 M 수크로즈 솔루션의 100mL 준비

  1. 용액의 100mL에 용해될 자당(C12H22O11)의두더지 및 질량수를 결정한다.
    Equation 6
  2. 균형에 자당의 질량을 무게. 먼저 저울에 계량 보트를 배치하고 "타레 무게"를 설정합니다. 그런 다음 스쿠쿨라를 사용하여 원하는 양을 얻을 때까지 시약 병에서 계량 보트로 고체 솔루트를 조심스럽게 이송합니다.
  3. 파우더 깔때기를 깨끗하고 건조한 100mL 체피 플라스크에 넣습니다. 계량 보트에서 깔때기를 통해 플라스크에 고체를 붓습니다.
  4. 증류수(용매)가 들어 있는 워시 병을 사용하여 계량 보트에서 남은 고체를 깔때기를 통해 플라스크로 헹구세요.
  5. 액체 수준이 플라스크의 목에 도달 할 때까지 증류 수돗물을 사용하여 용매를 추가 (하지만 마크). 플라스크를 뚜껑을 뚜껑을 부드럽게 돌리면 솔루트를 녹입니다.
  6. 솔루트가 모두 용해되면 세척병을 사용하여 액체 수준이 마크에 도달할 때까지 조심스럽게 용매를 추가하십시오.
  7. 캡 및 용액의 좋은 혼합을 보장하기 위해 볼륨 플라스크를 여러 번 반전.

2. 초포화 수당 용액 만들기

  1. 증류수 100mL를 600mL 비커에 넣습니다.
  2. 220 g의 자당을 비커에 넣습니다.
  3. 비커에 마그네틱 스터드 바를 넣고 혼합물을 15분 동안 저어줍니다.
  4. 혼합물을 검사 : 자당이 모두 용해되지 않았습니다. 혼합물을 50ºC로 가열하고 10분 더 저어줍니다.
  5. 혼합물을 검사 : 자당의 모든 50 ºC에서 용해했다.
  6. 용액이 실온으로 냉각되도록 합니다. 해결책 검사: 50 ºC에서 용해된 추가 자당은 실온에서 용해된 채로 남아 있습니다. 실온의 용액은 과포화입니다.

해결책은 화학분야에서 유비쿼터스입니다. 소량의 물질을 저장 및 처리하고, 화학 반응을 수행하고, 제어 가능한 특성을 가진 물질을 개발하는 데 사용됩니다. 용액은 소량의 솔루트라고 불리는 일부 성분을 포함하는 균일한 혼합물이며, 용매라고 하는 다량의 하나의 성분이다. 용액의 총량에 비해 솔루트의 양은 "농도"라고 합니다. 고려중인 솔루션 구성 요소의 두더지의 질량, 부피 또는 양인지여부에 따라, 이 측정은 실험의 요구에 따라 여러 가지 방법으로 표현될 수 있다. 이 비디오에서는 먼저 솔루션의 농도를 측정하기 위한 다양한 유형의 단위를 검토할 것입니다. 그런 다음 자당 솔루션을 만들기 위한 프로토콜을 진행합니다. 마지막으로, 다양한 화학 적 응용 분야에서 농도 측정이 어떻게 사용되는지 살펴보겠습니다.

용액의 농도는 다수의 상이한 단위로 표현될 수 있으며, 각각은 다른 단위보다 특정 응용 분야에 더 적합할 수 있다. 가장 일반적으로 사용되는 단위 중 하나는 용액의 부피 당 solute의 양인 어금니입니다. 하나의 어금니는 용액 리터당 1개의 두더지와 같습니다. 액체의 양을 측정하는 단순성으로 인해 어금니스는 용액에서 반응의 stoichiometric 계산을위한 가장 편리한 단위 중 하나입니다. Stoichiometry는 반응에 관여하는 분자의 수를 기반으로 합니다. 따라서 어금니를 알면 필요한 시약계산이 간소화됩니다.

농축이 용매 질량당 솔루트의 양으로 표현되면, 측정은 용액이라고 합니다. 재료의 양은 온도에 따라 변화하므로 온도 차이를 포함하는 컬링 특성으로 알려진 솔루션의 물리적 특성을 연구 할 때 온도로 농도를 측정하는 것이 유리합니다. 두더지 분수는 또 다른 일반적인 농도 단위이며, 모든 솔루션 성분의 총 두더지 수당 두더지 수 (solutes 및 용매)에 의해 제공됩니다. 예를 들어, 몰 분수는 솔루션의 "증기 압력"을 조사할 때 유용합니다. 이는 두더지 분수가 전체 압력에 대한 부분 압력의 비율과 같기 때문에 용매 및 용매 입자가 액체 용액에서 기체 상으로 "탈출"하는 정도를 반영합니다. 이제 솔루션의 농도를 측정할 수 있는 방법에 대한 아이디어를 갖게 되었으므로 특정 어금니 농도로 솔루션을 만들기 위한 프로토콜을 살펴보겠습니다.

필요한 자당 질량을 계산하여 시작하여 먼저 용액의 원하는 부피 및 농도를 사용하여 자당 두더지의 수에 도달한 다음 분자 질량을 사용하여 질량으로 변환합니다. 이 예에서는 0.01 M 자당 용액의 100 mL이 만들어지므로 0.342 g가 필요합니다. 필요한 자당 덩어리를 계량하려면 먼저 깨끗하고 비어 있는 계량 보트를 균형에 배치합니다. 빈 계량 보트의 무게를 0으로 설정하는 것을 의미하는 "타레 중량"을 설정합니다. 이어서, 스쿠뮬라를 사용하여, 원하는 양을 얻을 때까지 시약 병에서 계량 보트로 자당 분말을 전송한다. 파우더 깔때기를 깨끗하고 건조한 100mL 체피 플라스크에 넣습니다. 깔때기를 통해 자당을 조심스럽게 붓습니다. 용매가 들어 있는 워시 병을 사용하여, 이 경우 증류수를 증류하여 계량 보트에서 남은 고체를 플라스크로 헹구세요.

증류수를 더 추가하지만 보정 마크에 도달하기 전에 중지합니다. 뚜껑을 단단히 감고 부드럽게 소용돌이어 고체를 녹입니다. 고체가 완전히 용해되기 어려울 수 있으므로 이 시점에서 플라스크를 채우지 않는 것이 중요합니다.

모든 자당이 용해되면 반월 상연의 바닥이 체적 졸업에 도달 할 때까지 세척 병을 사용하여 용매를 조심스럽게 추가하십시오. 플라스크를 다시 캡하고 완전한 용해 및 혼합을 보장하기 위해 여러 번 반전하십시오.

과포화 용액은 용매의 온도 또는 기타 물리적 특성을 감안할 때 더 많은 솔루트가 용해되는 솔루션입니다. 어느 정도는 솔트, 용매 및 냉각 속도를 기반으로합니다. 과포화는 용해도가 높은 조건에서 솔루트를 먼저 용해한 다음, 온도 또는 부피를 감소시키는 등의 용액 상태를 빠르게 변화시킴으로써 용액 입자보다 더 빨리 얻을 수 있습니다. 이 시점에서, 더 솔직한 이러한 조건 하에서 직접 솔직한을 용해하 여 가능 하는 것 보다 새로운 조건하에서 솔루션에 남아 있을 것 이다. 과포화 자당 용액을 만들기 위해 100 mL의 물을 비커로 만듭니다. 마그네틱 스터디 바를 추가한 다음 뜨거운 접시에 저어줍니다. 교반물에 자당 220g을 넣고 자당 혼합물을 15분 간 저어줍니다. 15 분 후, 자당이 모두 용해되지 않은 것을 관찰하십시오. 이 시점에서 혼합물을 50°C로가열합니다. 혼합물을 10분 더 저어줍니다.

솔루션을 다시 검사합니다. 모든 자당은 50°C 물에 용해되어야 합니다. 이제 용액을 실온으로 천천히 식히고 교반 바를 제거하십시오. 자당이 여전히 용해되어 있음을 관찰하십시오. 이제 실온 용액이 과포화상태입니다. 소량의 추가 자당 분말을 이 솔루션에 첨가하면 용존된 자당의 신속한 재결정을 유발할 수 있습니다.

이제 특정 농도로 솔루션을 준비하는 방법을 살펴보았으니, 이 개념이 다양한 응용 분야에서 중요한 고려 사항이 될 수 있는 방법에 대한 몇 가지 예를 살펴보겠습니다.

시약의 농도, 용매 성분 및 화학 반응의 다른 구성 요소는 종종 반응의 제품의 속도에 상당한 영향을 미칩니다. 높은 반응성 농도는 분자가 서로 마주하고 반응할 가능성을 증가시켜 반응 속도를 증가시킬 수 있습니다. 동시에, 용액에서 충전된 염이온의 농도가 증가하면 소수성 또는 "방수" 분자의 집합을 선호할 수 있다.

여기에서 연구원은 반응 용매에 있는 소금의 다양한 농도의 존재에 있는 긴 폴리머로 복잡한 분자의 자기 조립을 공부했습니다. 그(것)들은, 더 높은 소금 농도에서, 폴리머로 분자의 조립이 더 쉽게 일어난다는 것을 것을을 발견했습니다.

농도는 또한 결정화와 같은 물리적 프로세스의 비율에 영향을 미칩니다. 생물학자들은 종종 단백질과 같은 분자를 결정화하여 결정 격자에 깔끔하게 배열되므로 X선이 이러한 결정을 통해 확산되는 방법을 연구하여 구조를 추론 할 수 있습니다. 단백질을 결정화하기 위해 단백질 솔루션은 일반적으로 다른 농도및 pH에서 일종의 소금인 "침전제"와 혼합됩니다. 이 혼합물의 한 방울은 더 집중된 침전액의 저수지와 닫힌 챔버에 배치됩니다. 물방울과 저수지 사이의 침전물 농도를 평형화하기 위해 단백질 용액 액에서 물이 증발함에 따라 단백질은 점점 더 과포화되고 결국 용액에서 결정화됩니다. 자세한 내용은 성장하는 크리스탈에 대한 비디오를 참조하십시오.

마지막으로, 농도의 이해는 환경에서 독소의 수준을 평가하는 데 중요합니다. 이 예에서 과학자들은 독소가 특정 단백질을 갈라놓는 정도를 감지하여 음식 이나 물 샘플에서 잠재적으로 치명적인 세균 독소 보툴리눔의 양을 검출하는 분석서를 개발했습니다. 분석을 수행하기 위해, "표준 곡선"은 독소의 상이한 공지된 농도의 활동 수준을 측정하여 먼저 생성된다. 알 수 없는 샘플로부터 분리된 독소는 그 때 시험을 실시할 수 있고, 그 활성을 표준 곡선과 비교하여 서식할 수 있다.

솔루션 만들기에 대한 JoVE의 소개를 방금 시청했습니다. 이제 농도를 표현하기 위해 다른 단위를 사용할 때, 특정 농도가 있는 솔루션을 만들기 위한 데모, 마지막으로 주제의 중요성을 설명하는 여러 응용 프로그램을 이해해야 합니다.

시청해 주셔서 감사합니다!

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Results

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프로시저 1은 0.0100 M 자당 용액의 100mL를 생성합니다. 어금니 가아닌 농도의 측정으로 변환하려면 용액을 준비하는 데 사용되는 물의 질량을 결정합니다. 이를 정확하게 측정할 수 있지만, 측정이 없는 경우 용존 솔루트 입자의 부피가 무시할 수 있다고 가정할 수 있다(즉, 사용된 물의 부피는 100mL). 물의 밀도를 사용하여 ...

Equation 7

이 솔루션에서 자당증의 당밀성은 다음과 같습니다.

Equation 8

자당 질량에 의한 부품은 다음과 같습니다.

Equation 9

자당의 두더지 분수는 물 100g에서 두더지 의 수를 결정하고 용액의 입자의 총 양으로 자당의 양을 나누어 계산할 수 있습니다.

Equation 10

절차 2는 물에서 자당의 용해도가 온도에 따라 달라지는 것을 보여줍니다. 가열시, 포화 용액에 누워 용해되지 않은 자당은 용해되어 고온에서 더 높은 농도의 포화 용액을 형성합니다. 이 솔루션이 냉각되면 자당이 용액에서 침전되지 않습니다. 생성된 냉각 된 용액은 자당으로 과포화됩니다. 소량의 추가 자당 분말을 이 솔루션에 첨가하면 용존된 자당의 신속한 재결정을 유발할 수 있습니다.

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Applications and Summary

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고체 액체 용액은 화학 분야에서 유비쿼터스입니다. 용해 된 솔루트는 빠르게 혼합하고 서로 부딪칠 정도로 이동성이 있기 때문에 대부분의 화학 반응은 용액에서 실행됩니다. 또한 소량의 솔루트를 거시적이고 쉽게 처리할 수 있는 볼륨에 소량의 솔루트를 저장하는 데 사용할 수도 있습니다. 솔루션은 용매에서 솔루트를 용해시키는 엔트로픽 효과에 기인 할 수있는 컬링 특성이라는 몇 가지 흥미로운 물리적 특성을 나타낸다.

솔루션 농도의 많은 다른 측정이 존재하는 이유를 궁금해 할 수 있습니다. 그 해답은 솔루션의 많은 응용 프로그램과 농도가 넘는 많은 크기의 범위에 있습니다. 예를 들어, 환경으로부터의 물 샘플에서 금속 이온 의 농도는 백만 분의 몇 부분의 범위에있을 수 있습니다 - 그것은 비현실적이고 잠재적으로 이 작은 농도를 어금니 또는 두더지 분획으로 표현하는 오해의 소지가 있습니다. 어금니가 화학 반응을 포함하는 금습술 계산을 위한 집중의 편리한 척도이지만, 약동은 특정 컬글리시컬 특성의 연구에 더 적합합니다.

많은 맥락에서 집중력에 대한 정확한 지식이 필수적이기 때문에 솔루션 준비 기술을 완성하는 것이 중요합니다. 예를 들어 화학 반응을 실행할 때 너무 많거나 너무 적게 사용하면 낭비된 반응제나 제품 수율이 낮아질 수 있습니다. 맥주의 법칙과 같은 농도와 관련된 경험적 관계에 대한 연구는 정확하게 알려진 농도에 달려 있습니다. 종종 용액 농도의 부정확성은 반응 엔탈피와 같은 계산된 값의 불확실성으로 직접 이어집니다. 부정확성을 완전히 제거하는 것은 불가능하지만 솔루션에 대한 분석 기법을 사용하면 불확실성이 최소화됩니다.

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