моль на литр что это
Концентрация растворов. Способы выражения концентрации растворов.
Концентрация раствора может выражаться как в безразмерных единицах (долях, процентах), так и в размерных величинах (массовых долях, молярности, титрах, мольных долях).
Способы выражения концентрации растворов.
1. Массовая доля (или процентная концентрация вещества) – это отношение массы растворенного вещества m к общей массе раствора. Для бинарного раствора, состоящего из растворённого вещества и растворителя:
,
ω – массовая доля растворенного вещества;
mв-ва – масса растворённого вещества;
Массовую долю выражают в долях от единицы или в процентах.
2. Молярная концентрация или молярность – это количество молей растворённого вещества в одном литре раствора V:
,
C – молярная концентрация растворённого вещества, моль/л (возможно также обозначение М, например, 0,2 М HCl);
n – количество растворенного вещества, моль;
V – объём раствора, л.
Раствор называют молярным или одномолярным, если в 1 литре раствора растворено 1 моль вещества, децимолярным – растворено 0,1 моля вещества, сантимолярным – растворено 0,01 моля вещества, миллимолярным – растворено 0,001 моля вещества.
3. Моляльная концентрация (моляльность) раствора С(x) показывает количество молей n растворенного вещества в 1 кг растворителя m:
,
С (x) – моляльность, моль/кг;
n – количество растворенного вещества, моль;
4. Титр – содержание вещества в граммах в 1 мл раствора:
,
T – титр растворённого вещества, г/мл;
mв-ва – масса растворенного вещества, г;
5. Мольная доля растворённого вещества – безразмерная величина, равная отношению количества растворенного вещества n к общему количеству веществ в растворе:
,
N – мольная доля растворённого вещества;
n – количество растворённого вещества, моль;
nр-ля – количество вещества растворителя, моль.
Сумма мольных долей должна равняться 1:
Иногда при решении задач необходимо переходить от одних единиц выражения к другим:
М(Х) – молярная масса растворенного вещества;
ρ= m/(1000V) – плотность раствора. 6. Нормальная концентрация растворов (нормальность или молярная концентрация эквивалента) – число грамм-эквивалентов данного вещества в одном литре раствора.
Грамм-эквивалент вещества – количество граммов вещества, численно равное его эквиваленту.
Эквивалент – это условная единица, равноценная одному иону водорода в кислотоно-основных реакциях или одному электрону в окислительно – восстановительных реакциях.
Для записи концентрации таких растворов используют сокращения н или N. Например, раствор, содержащий 0,1 моль-экв/л, называют децинормальным и записывают как 0,1 н.
,
СН – нормальная концентрация, моль-экв/л;
z – число эквивалентности;
Коэффициент растворимости – отношение массы вещества, образующего насыщенный раствор при конкретной температуре, к массе растворителя:
Урок 15. Моляльность и молярность
В уроке 15 «Моляльность и молярность» из курса «Химия для чайников» рассмотрим понятия растворитель и растворенное вещество научимся выполнять расчет молярной и моляльной концентрации, а также разбавлять растворы. Невозможно объяснить что такое моляльность и молярность, если вы не знакомы с понятием моль вещества, поэтому не поленитесь и прочитайте предыдущие уроки. Кстати, в прошлом уроке мы разбирали задачи на выход реакции, посмотрите если вам интересно.
Растворитель и растворенное вещество
Расчет концентрации раствора
Молярная концентрация
Формула для вычисления молярной концентрации (молярности):
где n — количество растворенного вещества в молях, V — объем раствора в литрах.
Пару слов о технике приготовления растворов нужной молярности. Очевидно, что если добавить к одному литру растворителя 1 моль вещества, общий объем раствора будет чуть больше одного литра, и потому будет ошибкой считать полученный раствор одномолярным. Чтобы этого избежать, первым делом добавляем вещество, а только потом доливаем воду, пока суммарный объем раствора не будет равным 1 л. Полезно будет запомнить приближенное правило аддитивности объемов, которое гласит, что объем раствора приближенно равен сумме объемов растворителя и растворенного вещества. Растворы многих солей приближенно подчиняются данному правилу.
Пример 1. Химичка дала задание растворить в литре воды 264 г сульфата аммония (NH4)2SO4, а затем вычислить молярность полученного раствора и его объем, основываясь на предположении об аддитивности объемов. Плотность сульфата аммония равна 1,76 г/мл.
Пользуясь правилом аддитивности объемов, найдем окончательный объем раствора:
Число молей растворенного сульфата аммония равно:
Завершающий шаг! Молярность раствора равна:
Приближенным правилом аддитивности объемов можно пользоваться только для грубой предварительной оценки молярности раствора. Например, в примере 1, объем полученного раствора на самом деле имеет молярную концентрацию равную 1,8 М, т.е погрешность наших расчетов составляет 3,3%.
Моляльная концентрация
Наряду с молярностью, химики используют моляльность, или моляльную концентрацию, в основе которой учитывается количество использованного растворителя, а не количество образующегося раствора. Моляльная концентрация — это число молей растворенного вещества в 1 кг растворителя (а не раствора!). Моляльность выражается в моль/кг и обозначается маленькой буквой m. Формула для вычисления моляльной концентрации:
где n — количество растворенного вещества в молях, m — масса растворителя в кг
Для справки отметим, что 1 л воды = 1 кг воды, и еще, 1 г/мл = 1 кг/л.
Пример 2. Химичка попросила определить моляльность раствора, полученного при растворении 5 г уксусной кислоты C2H4O2 в 1 л этанола. Плотность этанола равна 0,789 г/мл.
Число молей уксусной кислоты в 5 г равно:
Масса 1 л этанола равна:
Последний этап. Найдем моляльность полученного раствора:
Единица моляльности обозначается Мл, поэтому ответ также можно записать 0,106 Мл.
Разбавление растворов
где с 1 и V 1 — молярная концентрация и объем раствора до разбавления, с 2 и V 2 — молярная концентрация и объем раствора после разбавления. Рассмотрите задачи на разбавление растворов:
Пример 3. Определите молярность раствора, полученного разбавлением 175 мл 2,00 М раствора до 1,00 л.
Пример 4 самостоятельно. До какого объема следует разбавить 5,00 мл 6,00 М раствора HCl, чтобы его молярность стала 0,1 М?
Без сомнения, вы и сами догадались, что урок 15 «Моляльность и молярность» очень важный, ведь 90% все лабораторных по химии связаны с приготовлением растворов нужной концентрации. Поэтому проштудируйте материал от корки до корки. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.
Перевод молей в литры и литров в моли
Этот онлайн калькулятор переводит заданное число моль газа в литры газа и наоборот при нормальных условиях
Эта страница существует благодаря следующим персонам
Timur
Этот материал распространяется на условиях лицензии Creative Commons Attribution/Share-Alike License 3.0 (Unported). Это означает, что вы можете размещать этот контент на своем сайте или создавать на его основе собственный (в том числе и в коммерческих целях), при условии сохранения оригинального лицензионного соглашения. Кроме того, Вы должны отметить автора этой работы, путем размещения HTML ссылки на оригинал работы https://planetcalc.ru/7916/. Пожалуйста оставьте без изменения все ссылки на других авторов данной работы или работы, на основе которой создана данная работа (если таковые имеются в спроводительном тексте).
Немного теории приведено под калькулятором
Перевод молей в литры и литров в моли
Внезапно русский язык
Согласно викисловарю, слово моль склоняется, т.е. моль, моля, молю, моль, молем, моле в единственном числе, и моли, молей, молям, моли, молями, молях во множественном числе.
При этом согласно Методическому указанию от 1979 года Государственного комитета СССР по стандартам, «Обозначение единиц, совпадающих с наименованиями этих единиц, по падежам и числам изменять не следует, если они помещены после числовых значений, а также в заголовках граф, боковиков таблиц и выводов, в пояснениях обозначений величин к формулам. К таким обозначениям относятся: бар, бэр, вар, моль, рад. Следует писать 1 моль, 2 моль, 5 моль и т.д. Исключение составляет обозначение «св.год», которое изменяется следующим образом: 1 св.год, 2,3,4 св.года, 5 св.лет.»
Молярный объем газа
Формулы для перевода используют тот факт, что уравнение идеального газа является достаточно точным приближением для реальных газов в случае нормальных условий.
Таким образом, если переставить некоторые члены уравнения идеального газа местами, мы сможем записать его в форме
Таким образом, для данной температуры и давления, молярный объем будет одинаковым для всех идеальных газов и его можно определить с той же точностью, с которой определена газовая постоянная: R = 0.082 057 338(47) L атм K−1 моль−1, то есть с относительной стандартной неопределенностью 5.7×10−7, в соответствии с рекомендованным CODATA в 2014 году значением 1
Молярный объем идеального газа при нормальных условиях (273.15 K, 101.325 kPa) равен 22.413 962 x 10-3 м3 моль-1 со стандартной неопределенностью 0.000013 x 10-3 м3 моль-1 2
Конвертер величин
Перевести единицы: моль на литр [моль/л] в моль на метр³ [моль/м³]
Электрический потенциал и напряжение
Подробнее о молярной концентрации
Общие сведения
Концентрацию раствора можно измерять разными способами, например как отношение массы растворенного вещества к общему объему раствора. В этой статье мы рассмотрим молярную концентрацию, которую измеряют как отношение между количеством вещества в молях к общему объему раствора. В нашем случае вещество — это растворимое вещество, а объем мы измеряем для всего раствора, даже если в нем растворены другие вещества. Количество вещества — это число элементарных составляющих, например атомов или молекул вещества. Так как даже в малом количестве вещества обычно большое число элементарных составляющих, то для измерения количества вещества используют специальные единицы, моли. Один моль равен числу атомов в 12 г углерода-12, то есть это приблизительно 6×10²³ атомов.
Использовать моли удобно в случае, если мы работаем с количеством вещества настолько малым, что его количество легко можно измерить домашними или промышленными приборами. Иначе пришлось бы работать с очень большими числами, что неудобно, или с очень маленьким весом или объемом, которые трудно найти без специализированного лабораторного оборудования. Чаще всего при работе с молями используют атомы, хотя возможно использовать и другие частицы, например молекулы или электроны. Следует помнить, что если используются не атомы, то необходимо это указать. Иногда молярную концентрацию также называют молярностью.
Следует не путать молярность с моляльностью. В отличии от молярности, моляльность — это отношение количества растворимого вещества к массе растворителя, а не к массе всего раствора. Когда растворитель — вода, а количество растворимого вещества по сравнению с количеством воды мало, то молярность и моляльность похожи по значению, но в остальных случаях они обычно отличаются.
Факторы, влияющие на молярную концентрацию
Молярная концентрация зависит от температуры, хотя эта зависимость сильнее для одних и слабее для других растворов, в зависимости от того, какие вещества в них растворены. Некоторые растворители при повышении температуры расширяются. В этом случае, если растворенные в этих растворителях вещества не расширяются вместе с растворителем, то молярная концентрация всего раствора понижается. С другой стороны, в некоторых случаях с повышением температуры растворитель испаряется, а количество растворимого вещества не меняется — в этом случае концентрация раствора увеличится. Иногда происходит наоборот. Иногда изменение температуры влияет на то, как растворяется растворимое вещество. Например, часть или все растворимое вещество перестает растворяться, и концентрация раствора уменьшается.
Единицы
Молярную концентрацию измеряют в молях на единицу объема, например молях на литр или молях на кубический метр. Моли на кубический метр — это единица СИ. Молярность можно также измерять, используя и другие единицы объема.
Как найти молярную концентрацию
Чтобы найти молярную концентрацию необходимо знать количество и объем вещества. Количество вещества можно вычислить, используя химическую формулу этого вещества и информацию об общей массе этого вещества в растворе. То есть, чтобы узнать количество раствора в молях, узнаем из таблицы Менделеева атомную массу каждого атома в растворе, а потом разделим общую массу вещества на общую атомную массу атомов в молекуле. Перед тем, как складывать вместе атомную массу следует убедиться, что мы умножили массу каждого атома на количество атомов в молекуле, которую мы рассматриваем.
Можно производить вычисления и в обратном порядке. Если известна молярная концентрация раствора и формула растворимого вещества, то можно узнать количество растворителя в растворе, в молях и граммах.
Примеры
Найдем молярность раствора из 20 литров воды и 3-х столовых ложек соды. В одной столовой ложке — примерно 17 грамм, а в трех — 51 грамм. Сода — это гидрокарбонат натрия, формула которого — NaHCO₃. В этом примере мы будем использовать атомы для вычисления молярности, поэтому найдем атомную массу составляющих натрия (Na), водорода (H), углерода (C) и кислорода (O).
Na: 22.989769
H: 1.00794
C: 12.0107
O: 15.9994
Так как кислород в формуле — O₃, то необходимо умножить атомную массу кислорода на 3. Получим 47,9982. Теперь сложим массы всех атомов и получим 84,006609. Атомную массу указывают в таблице Менделеева в атомных единицах массы, или а. е. м. Наши вычисления тоже в этих единицах. Одна а. е. м. равна массе одного моля вещества в граммах. То есть, в нашем примере — масса одного моля NaHCO₃ равна 84,006609 грамма. В нашей задаче — 51 грамм соды. Найдем молярную массу, разделив 51 грамм на массу одного моля, то есть на 84 грамма, и получим 0,6 моля.
Получается, что наш раствор — это 0,6 моля соды, растворенные в 20 литрах воды. Разделим это количество соды на общий объем раствора, то есть 0,6 моля / 20 л = 0.03 моль/л. Так как в растворе использовали большое количество растворителя и малое количество растворимого вещества, то его концентрация мала.
Рассмотрим другой пример. Найдем молярную концентрацию одного кусочка сахара в чашке чая. Столовый сахар состоит из сахарозы. Сначала найдем вес одного моля сахарозы, формула которой — C₁₂H₂₂O₁₁. Используя таблицу Менделеева, найдем атомные массы и определим массу одного моля сахарозы: 12×12 + 22×1 + 11×16 = 342 грамм. В одном кубике сахара 4 грамма, что дает нам 4/342 = 0,01 молей. В одной чашке около 237 миллилитров чая, значит концентрация сахара в одной чашке чая равна 0,01 моля / 237 миллилитров × 1000 (чтобы перевести миллилитры в литры) = 0,049 моля на литр.
Применение
Молярную концентрацию широко используют в вычислениях, связанных с химическими реакциями. Раздел химии, в котором рассчитывают соотношения между веществами в химических реакциях и часто работают с молями, называется стехиометрией. Молярную концентрацию можно найти по химической формуле конечного продукта, который потом становится растворимым веществом, как в примере с раствором соды, но можно также вначале найти это вещество по формулам химической реакции, во время которой оно образуется. Для этого нужно знать формулы веществ, участвующих в этой химической реакции. Решив уравнение химической реакции, узнаем формулу молекулы растворяемого вещества, а потом найдем массу молекулы и молярную концентрацию с помощью таблицы Менделеева, как в примерах выше. Конечно, можно производить вычисления и в обратном порядке, используя информацию о молярной концентрации вещества.
Рассмотрим простой пример. На этот раз смешаем соду с уксусом, чтобы увидеть интересную химическую реакцию. И уксус, и соду легко найти — наверняка они есть у вас на кухне. Как уже упоминалось выше, формула соды — NaHCO₃. Уксус — это не чистое вещество, а 5% раствор уксусной кислоты в воде. Формула уксусной кислоты — CH₃COOH. Концентрация уксусной кислоты в уксусе может быть больше или меньше 5%, в зависимости от производителя и страны, в которой она сделана, так как в разных странах концентрация уксуса разная. В этом эксперименте можно не беспокоиться о химических реакциях воды с другими веществами, так как вода не реагирует с содой. Нам важен только объем воды, когда позже мы будем вычислять концентрацию раствора.
Вначале решим уравнение для химической реакции между содой и уксусной кислотой:
NaHCO₃ + CH₃COOH → NaC₂H₃O₂ + H₂CO₃
Продукт реакции — H₂CO₃, вещество, которое из-за низкой стабильности снова вступает в химическую реакцию.
В результате реакции получаем воду (H₂O), углекислый газ (CO₂) и ацетат натрия (NaC₂H₃O₂). Смешаем полученный ацетат натрия с водой и найдем молярную концентрацию этого раствора, так же, как перед этим мы находили концентрацию сахара в чае и концентрацию соды в воде. При вычислении объема воды необходимо учитывать и воду, в которой растворена уксусная кислота. Ацетат натрия — интересное вещество. Его используют в химических грелках, например в грелках для рук.
Используя стехиометрию для вычисления количества веществ, вступающих в химическую реакцию, или продуктов реакции, для которых мы позже будем находить молярную концентрацию, следует заметить, что только ограниченное количество вещества может вступать в реакцию с другими веществами. Это также влияет на количество конечного продукта. Если молярная концентрация известна, то, наоборот, можно определить количество исходных продуктов методом обратного расчета. Этот метод нередко используют на практике, при расчетах, связанных с химическими реакциями.
При использовании рецептов, будь то в кулинарии, в изготовлении лекарств, или при создании идеальной среды для аквариумных рыбок, необходимо знать концентрацию. В повседневной жизни чаще всего удобнее использовать граммы, но в фармацевтике и химии чаще используют молярную концентрацию.
В фармацевтике
При создании лекарств молярная концентрация очень важна, так как от нее зависит, как лекарство влияет на организм. Если концентрация слишком высока, то лекарства могут быть даже смертельны. С другой стороны, если концентрация слишком мала, то лекарство неэффективно. Кроме этого, концентрация важна при обмене жидкостей через клеточные мембраны в организме. При определении концентрации жидкости, которая должна либо проходить, либо, наоборот, не проходить через мембраны, используют либо молярную концентрацию, либо с ее помощью находят осмотическую концентрацию. Осмотическую концентрацию используют чаще, чем молярную. Если концентрация вещества, например лекарства, выше с одной стороны мембраны, по сравнению с концентрацией с другой стороны мембраны, например, внутри глаза, то более концентрированный раствор переместится через мембрану туда, где концентрация меньше. Такой поток раствора через мембрану нередко проблематичен. Например, если жидкость перемещается внутрь клетки, к примеру, в кровеносную клетку, то возможно, что из-за этого переполнения жидкостью мембрана будет повреждена и разорвется. Утечка жидкости из клетки тоже проблематична, так как из-за этого нарушится работоспособность клетки. Любое вызванное медикаментами течение жидкости через мембрану из клетки или в клетку желательно предотвратить, и для этого концентрацию лекарства стараются сделать похожей на концентрацию жидкости в организме, например в крови.
Стоит заметить, что в некоторых случаях молярная и осмотическая концентрация равны, но это не всегда так. Это зависит от того, распалось ли растворенное в воде вещество на ионы в процессе электролитической диссоциации. Вычисляя осмотическую концентрацию, учитывают частицы в общем, в то время как при вычислении молярной концентрации учитывают только определенные частицы, например молекулы. Поэтому если, например, мы работаем с молекулами, но вещество распалось на ионы, то молекул будет меньше общего числа частиц (включая и молекулы и ионы), и значит и молярная концентрация будет ниже осмотической. Чтобы перевести молярную концентрацию в осмотическую, нужно знать физические свойства раствора.
В изготовлении лекарственных препаратов фармацевты также учитывают тоничность раствора. Тоничность — свойство раствора, которое зависит от концентрации. В отличие от осмотической концентрации, тоничность — это концентрация веществ, которые не пропускает мембрана. Процесс осмоса заставляет растворы с большей концентрацией перемещаться в растворы с меньшей концентрацией, но если мембрана предотвращает это движение, не пропуская через себя раствор, то возникает давление на мембрану. Такое давление обычно проблематично. Если лекарство предназначено для того, чтобы проникнуть в кровь или другую жидкость в организме, то необходимо уравновесить тоничность этого лекарства с тоничностью жидкости в организме, чтобы избежать осмотического давления на мембраны в организме.
Чтобы уравновесить тоничность, лекарственные препараты нередко растворяют в изотоническом растворе. Изотонический раствор — это раствор столовой соли (NaCL) в воде с такой концентрацией, которая позволяет уравновесить тоничность жидкости в организме и тоничность смеси этого раствора и лекарства. Обычно изотонический раствор хранят в стерильных контейнерах, и вливают его внутривенно. Иногда его используют в чистом виде, а иногда — как смесь с лекарством.