Overview
출처: 닐 에이브람스 박사 연구소 — SUNY 환경과학 및 임업 대학
솔루션의 구성을 결정하는 것은 중요한 분석 및 법의학 기술입니다. 물로 해결책을 만들 때, 그들은 수성 또는 물을 포함하는 것으로 지칭된다. 용액의 1차 성분을 용매라고 하며 용존된 마이너 성분을 솔테라고 한다. 솔루트는 용매에 용해되어 용액을 만듭니다. 물은 일상 생활에서 가장 흔한 용매뿐만 아니라 거의 모든 생물학적 시스템입니다. 화학 실험실에서 용매는 아세톤, 에테르 또는 알코올과 같은 다른 액체일 수 있습니다. 솔루트는 액체 또는 고체일 수 있지만,이 실험은 고체의 결정만 해결합니다.
Principles
솔벤트가 용매에 용해되면, 결과용액의 질량은 솔루트 및 용매의 질량의 합이다. 이것은 질량 보존의 법칙을 따릅니다:
이것은 솔벤트의 분자 가 있는 열린 공간에 적합하고 총 부피를 예상보다 낮게 유지하기 때문에, 독단적이지 않은 부피의 첨가와 다릅니다. 질량별로 백분율을 결정하는 것은 솔루션의 메이크업을 분석하는 간단하고 중요한 기술입니다. 정의에 따르면 백분율은 전체에 비해 한 구성 요소의 분수, 단위없는 값입니다. 이 경우 질량별 백분율을 수학적으로 나타낼 수 있습니다.
질량별로 백분율은 단위가 없지만 이 값은 때때로 단위(w/w)로 표현되어 비교가 볼륨이 아니라 질량(중량)에 의해서만 전달됩니다. 볼륨별 백분율은 볼륨당 중량(w/v) 또는 볼륨당 볼륨(v/v)으로 표시됩니다. w/w 계산에서 분모는 용매가 아닌 전체 솔루션의 질량이라는 점에 유의해야 합니다. 질량에 의한 백분율은 용액 농도를 결정하는 데 사용되지만, 두더지의 백분율은 일반적으로 분자에서 요소 또는 그룹의 백분율을 계산하는 데 사용됩니다. 솔테와 용매의 총 두더지알 필요가 있기 때문에 솔루션에서 두더지에 의해 백분율을 계산하기가 어렵습니다. 이러한 값이 알려진 경우 전체 계산은 관련이 없습니다.
경우에 따라, 용매 또는 솔루트의 질량을 개별적으로 얻는 것은 어렵거나 비실용적일 수 있다. 이러한 경우, 솔루션의 밀도는 먼저 알려진 조성물을 가진 솔루션의 교정 곡선을 생성하여 질량%를 결정하는 데 사용될 수 있다. 이것은 먼저 다음과 같은 것을 알려야합니다 : 용액의 농도의 솔루트 및 a 합리적인 범위의 정체성. 둘 이상의 솔루트가 용액에 존재할 때 보다 복잡한 분석 방법이 필요합니다. 예를 들어 선택적 강수량 또는 이온 교환을 사용하여 관심 있는 것을 분석할 수 있습니다. 단일 솔루트 솔루션의 경우 알려진 농도의 일련의 솔루션을 만들기에 충분한 재료를 사용할 수 있어야 합니다. 질량 방법에 의해 2%가 여기에서 입증됩니다.
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Procedure
1. 질량에 의해 퍼센트 - 직접
- 소량의 용액을 깨끗하고 오븐에 말린 비커 또는 결정화 접시에 넣습니다.
- 용액의 정확한 총 질량을 정확하게 결정한 후, 비커 나 접시를 핫플레이트 또는 오븐에서 가열하여 물에서 몰아낸다. 끓는 것이 용액의 튀는 결과를 초래할 수 있기 때문에 느린 증발이 가장 좋은 방법입니다.
- 용매가 증발하면 나머지 고체(solute)를 식히고 질량을 결정합니다.
- 질량 백분율을 다음과 같이 계산합니다.
2. 질량별 백분율 - 교정 곡선 사용
- 알려진 양의 솔루트를 용매로 용해하여 일련의 표준 솔루션을 만듭니다. 5가지 표준을 권장하며 최소값에서 예상 퍼센트 구성까지 다양해야 합니다.
- 대략적인 값이 알려지지 않은 경우 0%에서 용해도 최대 용해도에 이르는 일련의 솔루션을 수중에서 최대화합니다. 참조 테이블은 다양한 온도 범위에 걸쳐 물 속에서 많은 고체에 대한 최대 용해도를 나타내는 데 사용할 수 있습니다.
- 예를 들어, 염화나트륨(NaCl) 용액을 35% (w/w) 생성하기 위해 플라스크에 35g을 추가한 다음, 65g(또는 65mL)을 추가한 다음, 밀도가 주변 온도에서 1.0g/mL로 알려져 있기 때문에 순수수를 측정할 때 부피도 사용할 수 있기 때문에 고체가 용해될 때까지 용액을 혼합한다. 질량은 첨가제이기 때문에, 이것은 충분한 물을 추가하는 것과 동일하므로 총 용액은 100g의 질량을 가지고 있습니다.
- 각 표준 솔루션의 정확한 부피질량을 측정한 후 밀도를 다음과 같이 계산합니다.
3. 데이터 분석
- 표준 솔루션의 질량에 따라 밀도 값을 플롯하고 선의 경사를 결정합니다. 이 경사는 선형 방정식, y = mx + b (그림 1)를피팅하여 솔루션의 밀도 대 질량 퍼센트에 해당합니다.
- 특정 대량의 솔루션질량을 얻어 알 수 없는 샘플 솔루션의 밀도를 계산합니다. 이제 선의 경사가 알려지므로 교정 곡선에서 측정된 밀도와 경사를 사용하여 "x"를 해결하여 솔직질량별로 백분율을 결정합니다.
솔루션의 구성을 결정하고 이해하는 것은 광범위한 화학 기술에서 기본입니다. 용액은 액체에 용해된 물질로 구성된 균일한 혼합물이다. 용존 물질은 솔루트라고 하며 벌크 유체는 용매라고 합니다. 솔루션은 여러 가지 방법으로 설명 할 수있다 - 첫째, 솔벤트를 용해하는 데 사용되는 용매의 유형에 의해. 수성 용액은 물을 용매로 활용합니다. 클로로폼, 아세토닐릴 또는 아세톤과 같은 유기 용매는 솔ute의 특성에 따라 유기 용액을 만드는 데 사용됩니다.
용액은 또한 용매의 특정 부피 또는 농도에 용해된 솔루트의 양에 의해 설명된다. 자세한 내용은 이 컬렉션의 "솔루션 및 농도"에서 비디오를 참조하십시오.
솔루션 농도를 계산할 수 있는 한 가지 방법은 질량%라고 하는 용액의 각 성분의 질량을 기반으로 합니다. 이 비디오는 솔루션의 질량 %를 소개하고 실험실에서 가치를 결정하는 방법을 보여줍니다.
용매의 솔루트의 양은 여러 가지 방법으로 표현될 수 있다. 첫째, 질량 퍼센트는 용액의 총 질량으로 나눈 솔루트의 질량으로 계산된다. 질량 백분율은 때때로 무게 백분율로 불리기 때문에 백분율 무게/무게로 기록됩니다. 그러나 질량 백분율이라는 용어는 일반적으로 올바른 것으로 간주됩니다.
용액에서 의 solute의 양은 또한 생물학에서 일반적으로 사용되는 부피에 의해 질량 퍼센트의 관점에서 표현될 수 있고, 용액의 부피에 의해 분할된 솔루트의 총 질량으로 계산된다. 이 장치는 무치수 수량이 아니기 때문에 진정한 백분율이 아닙니다. 마찬가지로, 볼륨 퍼센트도 사용되며, 여기서 솔루트의 부피는 용액의 총 부피로 나뉩니다.
질량 퍼센트는 질량만 첨가량이기 때문에 볼륨 퍼센트와 다릅니다. 솔루션의 질량은 구성 요소의 합입니다. 반면에 부피는 항상 첨가제는 아니며, 솔루트의 분자가 용매 분자 사이의 열린 공간에 들어갈 것이기 때문에 예상보다 적은 부피가 발생합니다.
실험실에서 솔루션의 질량 %를 결정하는 몇 가지 간단한 방법을 사용할 수 있습니다. 첫째, 직접 방법은 용액의 총 질량을 기록한 다음 용매에서 증발해야 합니다. 뒤에 남아있는 단단한 다음 무게와 질량 퍼센트를 계산하는 데 사용되는 솔ute입니다.
밀도는 또한 알 수 없는 농도의 질량 백분율을 결정하는 데 사용할 수 있습니다. 첫째, 일련의 표준 솔루션이 준비되고 있으며, 다양한 종류의 솔루트 양이 준비되어 있습니다. 솔루트의 최대 용해도에 이르기까지 집중력이 높은 표준을 선택합니다. 그런 다음 밀도는 각 표준에 대해 계산되고 샘플과 비교됩니다. 이제 질량 백분율 계산의 기본이 설명되었으므로 실험실에서 직접 방법과 밀도 방법을 사용하여 질량%를 계산할 수 있습니다.
첫째, 깨끗하고 오븐에 말린 비커 또는 결정화 접시의 무게를 측정하고 질량을 기록합니다.
소량의 용액을 접시에 넣고 용액과 접시의 무게를 정확하게 측정합니다. 접시의 무게를 빼고 용액의 질량을 기록합니다.
다음으로, 접시를 핫플레이트나 오븐에 놓고 물에서 몰아내도록 한다. 느린 증발은 비등하여 용액의 튀기고, 솔트의 손실을 초래할 수 있기 때문에 이상적입니다. 용매가 증발하면 나머지 고체를 식히면 솔트입니다. 질량을 정확하게 결정합니다. 증발 후 솔루트의 질량을 초기 용액의 질량으로 나누어 질량 백분율을 계산합니다.
첫째, 최소값에서 최대까지 예상되는 알 수 없는 퍼센트 구성의 퍼센트 컴포지션을 사용하여 5가지 표준을 준비한다. 시스템의 용해도를 초과하지 마십시오. 백분율 조성물을 준비하는 데 필요한 솔루트 및 용매의 양을 계산합니다.
솔루트의 무게를 측정한 다음 용매의 특정 중량으로 용해합니다.
다음으로 각 표준 솔루션의 정확한 볼륨질량을 측정합니다. 그런 다음 각 솔루션에 대한 밀도를 계산합니다. 알 수 없는 솔루션에 대해 동일한 작업을 수행합니다. 자세한 내용은 밀도에 대한 이 컬렉션의 비디오를 참조하십시오.
표준 솔루션의 밀도 값을 질량 백분율에 대해 플롯합니다. 이 예에서는, 염화나트륨 표준의 집합은 용액에 있는 솔ute의 5 - 25%에 구역 수색하는 질량% 조성물로 제조되었습니다. 데이터를 플로팅한 후 선형 추세선을 적용하고 y밀도이고 x가 질량%인 방정식을 결정합니다. 이 경우 알 수 없는 용액의 밀도를 사용하여 질량 백분율을 결정합니다. x에 대한 해결, 그것은 7.4 %로 밝혀졌다.
수성 솔루션의 질량 백분율을 결정하는 기본 사항을 살펴보았으니 솔루션의 농도를 알 수 있어야 하는 몇 가지 사례를 살펴볼 수 있습니다.
버퍼 솔루션은 특히 생물학적 응용 분야에서 많은 실험실 실험에서 일반적으로 사용됩니다. 버퍼 솔루션에는 용존약한 산 또는 염기의 특정 농도가 포함되어 있으며, 이들의 컨쥬게이트는 pH의 변화를 유지하고 저항할 수 있게 합니다. 종종 버퍼는 7.2 - 7.6 범위에서 일정한 pH를 유지하는 인산염 그룹을 가진 염을 포함하여 많은 염의 혼합물을 사용하여 제조됩니다.
질량 백분율은 밀도 그라데이션의 이 예와 마찬가지로 복잡한 혼합물을 분리하기 위해서도 사용됩니다. 이를 위해 질량 퍼센트 범위가 있는 솔루션을 준비한 다음 높은 질량%에서 낮은 질량 퍼센트까지 순차적으로 계층화됩니다. 이렇게 하면 튜브의 밀도 그라데이션이 만들어집니다. 그런 다음 샘플이 그라데이션의 맨 위에 로드되고 원심분리됩니다. 혼합물의 구성 요소는 튜브 아래로 얼마나 멀리 이동하는지에 따라 분리됩니다.
질량 백분율을 이해하는 것은 화학 응용 분야뿐만 아니라 환경 연구에도 중요합니다. 토양 수분 함량은 생태계에 영향을 미칠 수 있는 환경 조건을 식별하기 위해 이해하는 것이 중요합니다. 토양 수분 함량은 토양 내에서 보유되는 물의 양을 설명하는 질량 퍼센트입니다. 습기가 많은 토양을 계량하고, 토양을 오븐에 건조시키고, 재계량하여 수분 함량을 쉽게 찾을 수 있습니다.
수성 솔루션의 질량%를 결정하는 JoVE의 소개를 방금 시청했습니다. 이제 질량 퍼센트의 중요성, 실험실에서의 사용 및 수성 용액을 결정하는 방법을 이해해야 합니다.
시청해 주셔서 감사합니다!
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Results
도 1에도시된 예를 사용하여, 염화나트륨 기준세트는 용액5.000%, 10.00%, 15.00%, 20.00%, 25.00%의 질량% 조성물로 제조하였다. 측정된 밀도는 각각 1.025, 1.042, 1.060, 1.070 및 1.090 g/mL이었습니다. 이러한 데이터를 플로팅한 후 선형 추세선이 적용되어 방정식 y = 3.446 x 10-3x + 1.0048을 피팅하여 밀도와 x가 질량 퍼센트 컴포지션입니다.
다음으로, 알 수 없는 퍼센트 조성물을 가진 10.00 g의 용액의 부피가 측정되고 9.497mL로 결정된다. 질량을 부피로 분할하면 밀도가 1.053 g/mL로 계산됩니다. 밀도 값을 선형 방정식에 삽입하면 질량 백분율이 x로 결정됩니다.
그림 1. 수성 염화나트륨 용액 밀도는 질량별 퍼센트 조성의 함수로서.
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Applications and Summary
소다에 설탕의 백분율은 질량 % 조성의 원리를 쉽게 결정할 수 있었습니다. 이 실험을 수행하는 절차는 탈가스 소다 (거품 없음)의 질량과 볼륨을 측정하고 용액의 밀도를 계산하는 것입니다. 여러 표준 자당 (설탕) 솔루션에 대한 질량별 밀도 의 보정 곡선을 생성해야하며, 그 교정은 소다에서 자당의 %를 해결하기 위해 사용될 수 있습니다. 한 가지 가정은 자당이 무설탕 탄산음료에 대한 소다의 밀도 변화에 주요 기여한다는 것입니다.
해수는 물에 용해된 여러 가지 염으로 구성됩니다. 예를 들어, NaCl, MgCl2및 NaBr2. 보정 곡선을 사용하여 질량%를 결정하는 것은 어렵지만 증발은 문제에 대한 간단한 솔루션을 제공합니다. 알려진 바닷물을 복용하여 증발시킴으로써, 질량은 용매가 증발한 후에 남은 솔루트의 양에 의해 결정될 수 있다. 이어서, 솔루트의 질량은 바닷물에서 염(용해된 고형)의 질량 퍼센트를 계산하기 위해 원래 용액의 총 질량으로 나눌 필요가 있다.
물 분자를 가지고 있으며 수화물이라고하는 다양한 이온 화합물이 있습니다. 화합물에 물 분자의 수는 백분율 조성에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 코발트(II) 염화물은 일반적으로 파란색이지만 수화될 때 분홍색으로 변합니다. 분홍색 코발트 (II) 염화물 수화물5.0 그램이 파란색으로 변하는 지점으로 가열되면 파란색 고체의 최종 질량은 2.73으로 기록됩니다. 2.27g의 차이는 수화 고체 5g에 있던 물의 질량에 해당한다. 원래 샘플은 질량에 의한 45.4 %의 물이었다. 질량값을 두더지로 변환함으로써 코발트 염화물(129.93 g/mol)과 0.126의 물(18g/mol)의 두더지가 존재한다는 것을 계산할 수 있다. 가장 작은 값으로 나누어, 코발트 염화물의 모든 두더지마다 6 개의 두더지가 존재한다는 것을 확인할 수 있습니다.
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