мольная доля в чем измеряется

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;

m_в-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;

m_в-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;

n_р-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.

,

С_Н – нормальная концентрация, моль-экв/л;

z – число эквивалентности;

Коэффициент растворимости – отношение массы вещества, образующего насыщенный раствор при конкретной температуре, к массе растворителя:

Источник

Определение молярной концентрации вещества

В результате деления целого предмета на части образуются его доли. Они могут быть равными либо нет. В химии существует понятие «массовая доля». Оно характеризует соотношение масс компонентов и выражается в долях единицы или процентах.

Массовая доля в химии — что это за параметр

Массовой долей компонента называется отношение его массы к массе смеси.

Другими словами, массовая доля части в целом расценивается как ее отношение к сумме масс всех, составляющих эту смесь, компонентов.

Для обозначения данного параметра введен символ ω (омега). ω может иметь процентное выражение либо измерятся в долях единицы.

Любая смесь (жидкая, твердая, газообразная) состоит из компонентов, сумма масс которых равна массе смеси. Их количество в единице объема конечного вещества различно. При приготовлении составов используются установленные рецептуры с соотношением компонентов. В смесях природного происхождения состав зависит от условий внешней среды.

Например, атмосферный воздух населенного пункта, имеющего производственный комбинат, будет различным по составу над жилой зоной и в радиусе выбросов в атмосферу производственных газов. Каждый из этих газов составляет в выбросах определенный процент. Зная его, а также общую массу выбросов, можно определить массу каждого компонента воздушной смеси и сравнить ее с аналогичными параметрами воздушных масс над жилой зоной.

На таком же принципе основаны экологические исследования состава вод открытых водоемов, сплавов, концентратов в пищевой промышленности, фармацевтических препаратов и т.д.

Понятие «массовая доля» хоть и является аналогичным понятиям «объемная доля» или «молярность», но отлично тем, что при ее определении используются именно массы компонентов и смеси в целом.

Умение определять массовую долю важно, например, если нужно рассчитать, сколько бензина можно получить из нефти определенной массы или какое количество каждого компонента взять для приготовления синтетических материалов.

От массовых долей компонентов раствора зависит его плотность, что очень важно в химическом производстве. Плотность вещества рассчитывают на основании формулы:

m вещества = ρ вещества × V вещества

Исходя из этой формулы, если плотность воды 1 г/мл, то 1 мл воды будет иметь массу 1 г.

Вычисление массовой доли элемента в веществе

Чтобы определить массовую долю вещества в смеси, следует высчитать соотношение его массы к массе всей смеси. Математически это выражение записывается так:

ω вещества = m вещества ÷ m смеси

Такой метод можно применить и для определения массовой доли элемента в каком-либо веществе. Формула аналогична:

ω элемента = M элемента ÷ M вещества

Например, перед исследователем стоит задача определить массовую долю водорода в этиловом спирте. На первом этапе, исходя из формулы этанола, нужно рассчитать его молярную (относительную молекулярную) массу:

Затем, зная, что относительная атомная масса шести атомов водорода равна 6, составляется выражение:

Полученный результат является безразмерным, но может быть выражен в процентах. Для этого цифра умножается на 100%, и получается 13%.

Трактовка результата задачи следующая: в каждом грамме этилового спирта содержится 0,13 г водорода. Соответственно, с увеличением массы спирта увеличивается и масса содержащегося в нем водорода. Например, в 10 г этанола содержится 1,3 г водорода.

В случае двухкомпонентного раствора его масса будет равна сумме масс растворителя и растворенного вещества. Растворителем при этом часто выступает вода.

Формула молярной концентрации, единица измерения

Под молярной концентрацией понимают количество вещества в единице объема раствора

Используя формулу молярной концентрации, можно проводить различные расчеты.

Решение. Известно, что массовая доля глицерина в растворе с такой плотностью равна 40,36%.

Какова молярность воды при температуре 25°C?

На первом этапе определяем массу и количество воды. На втором — искомую молярную концентрацию воды.

Как перевести одну концентрацию в другую

Концентрация раствора — это количество вещества, содержащееся в единице объема (массы раствора).

В жизни человека окружает много растворов. Они представляют собой однородные устойчивые смеси, состоящие из нескольких компонентов.

Растворы бывают жидкими, твердыми и газообразными.

Состав растворов можно описать с помощью качественных и количественных характеристик. Качественные характеристики состава раствора:

Количественными характеристиками являются молярность, нормальность, массовая доля, моляльность, а также титр и мольная доля.

Часто на практике стоит задача перевода одной величины, выражающей состав раствора, в другую. Рассмотрим способ перевода массовой доли в молярную и нормальную концентрацию, а также рассчитаем моляльность, молярность и титр раствора.

Теперь найдем молярность и нормальность раствора:

В заключение найдем моляльность и титр раствора.

На практике, чтобы определить искомые величины, часто пользуются таблицей перевода одной концентрации в другую. Выглядит она следующим образом:

Когда решается задача пересчета массовой доли (или процентной концентрации вещества) в молярную концентрацию, нужно иметь в виду, что массовая доля определяется на основе массы раствора. В то же время для вычисления молярной концентрации, помимо массы, необходимо знать объем или плотность раствора.

В химии существуют общие формулы перевода концентраций. Так, используя вышеприведенные обозначения, формула перевода массовой доли в молярную или нормальную концентрацию имеет следующий вид:

Источник

Что такое мольная доля вещества? Как найти мольную долю?

Как известно, молекулы и атомы, которые составляют окружающие нас объекты, обладают очень маленькими размерами. Для проведения расчетов во время химических реакций, а также для анализа поведения смеси невзаимодействующих компонент в жидкостях и газах, используют понятие мольных долей. Что это такое, и как их можно применять для получения макроскопических физических величин смеси, рассматривается в данной статье.

Число Авогадро

Вам будет интересно: Эсминцы проекта 7: история создания, особенности конструкции, известные сражения

Число Авогадро в настоящее время широко применяется при изучении различных веществ. Оно связывает макроскопические и микроскопические характеристики.

Количество вещества и молярная масса

Вам будет интересно: Миндальничать – это значит, проявлять нежность или коварство?

В 60-е годы Международная палата мер и весов в систему физических единиц (СИ) ввела седьмую базовую единицу измерения. Ею стал моль. Моль показывает число элементов, которые составляют рассматриваемую систему. Один моль равен числу Авогадро.

Под молярной массой понимают вес одного моля данного вещества. Измеряется она в граммах на моль. Молярная масса является аддитивной величиной, то есть для ее определения для конкретного химического соединения необходимо сложить малярные массы химических элементов, которые составляют это соединение. Например, молярная масса метана (CH4) равна:

MCH4 = MC + 4MH = 12 + 4 * 1 = 16 г/моль.

То есть 1 моль молекул метана будет иметь массу 16 граммов.

Понятие о мольной доле

Получить эту формулу не сложно. Для этого достаточно подставить в нее предыдущее выражение для xi.

Атомные проценты

Перевод долей в атомные проценты осуществляется простым их увеличением на два порядка. Например, 0,21 мольная доля кислорода в воздухе соответствует 21 атомному %.

Идеальный газ

Понятие о мольных долях часто используют при решении задач с газовыми смесями. Большинство газов, находящихся в нормальных условиях (температура 300 К и давление 1 атм.) являются идеальными. Это означает, что атомы и молекулы, составляющие газ, находятся на большом расстоянии друг от друга и не взаимодействуют между собой.

Для идеальных газов справедливо следующее уравнение состояния:

Уравнение состояния показывает, как будет изменяться одна из трех макроскопических характеристик газа (P, V или T), если зафиксировать вторую из них и изменять третью. Например, при постоянной температуре давление будет обратно пропорционально объему газа (закон Бойля-Мариотта).

Самое замечательное в записанной формуле заключается в том, что она не принимает во внимание химическую природу молекул и атомов газа, то есть является справедливой как для чистых газов, так и для их смесей.

Закон Дальтона и парциальное давление

Как рассчитать мольную долю газа в смеси? Для этого достаточно знать общее количество частиц и их число для рассматриваемого компонента. Однако можно поступить иначе.

Мольную долю газа в смеси можно найти, зная его парциальное давление. Под последним понимают давление, которое создал бы данный компонент газовой смеси, если имелась бы возможность убрать все остальные составляющие. Если обозначить парциальное давление i-го компонента как Pi, а давление всей смеси как P, тогда формула мольной доли для этого компонента примет вид:

Поскольку сумма всех xi равна единице, то можно записать следующее выражение:

∑i(Pi / P) = 1, следовательно, ∑i(Pi) = P.

Последнее равенство называется законом Дальтона, который так назван в честь британского ученого начала XIX века Джона Дальтона.

Закон парциального давления или закон Дальтона является прямым следствием из уравнения состояния для идеальных газов. Если атомы или молекулы в газе начинают взаимодействовать друг с другом (это происходит при высоких температурах и большом давлении), тогда закон Дальтона оказывается несправедлив. В последнем случае для расчета мольных долей компонентов необходимо пользоваться формулой через количество вещества, а не через парциальное давление.

Воздух как газовая смесь

Рассмотрев вопрос, как найти мольную долю компонента в смеси, решим следующую задачу: рассчитаем величины xi и Pi для каждого компонента в воздухе.

Если рассматривать сухой воздух, то в его состав входят следующие 4 газовых компонента:

Из этих данных мольные доли для каждого газа вычислить очень просто. Для этого достаточно проценты представить в относительных величинах, как было сказано выше в статье. Тогда получаем:

Парциальное давление этих компонент воздуха вычислим, учитывая, что атмосферное давление на высоте уровня моря равно 101 325 Па или 1 атм. Тогда получаем:

PN2 = xN2 * P = 0,7809 атм.;

PO2 = xO2 * P = 0,2095 атм.;

PAr = xAr * P = 0,0093 атм.;

PCO2 = xCO2 * P = 0,0004 атм.

Эти данные означают, что если убрать весь кислород и остальные газы из атмосферы, а оставить только азот, то давление упадет на 22 %.

Источник

МОЛЯРНЫЕ И ОБЪЕМНЫЕ ДОЛИ

ПГС выпускаются в соответствии с «Государственной поверочной схемой для средств измерений содержания компонентов в газовых и газоконденсатных средах», утвержденной приказом Росстандарта от 14.12.2018 № 2664, и на основании ТУ 2114-009-53373468-2015, в которых приведены все требования к изготовлению и аттестации. При производстве фактически происходит передача единицы от первичного эталона ГЭТ-154-2019 к рабочим средствам измерения. Передача производится через весовые (гравиметрические) эталоны. При производстве весовых эталонов расчёт содержания компонентов производится только в единицах молярных долей. Пересчёт молярных долей в объёмные будет вносить дополнительную погрешность, которая зависит, прежде всего, от температуры и давления смеси.

Исторически сложилось так, что приборы газового анализа, используемые на производствах, имеют градуировку шкал в объёмных долях независимо от определяемого компонента, диапазона концентраций, температуры и давления, при которых происходит работа приборов.

Такая ситуация, кроме исторических предпосылок, связана с тем, что молярные и объёмные доли для большинства используемых газов и диапазонов концентраций, практически совпадают. Значимые различия появляются при измерении газовых смесей с высокими концентрациями примесей сложных молекул, свойства которых значительно отличаются от свойств идеального газа.

В заказах, получаемых нашим производством, для всех газовых смесей отличие молярной концентрации компонентов от объёмной значительно меньше погрешности аттестации, приведённой в паспорте. Поэтому величины молярной и объёмной концентраций компонентов, в большинстве случаев численно совпадают.

Источник

Сумма всех мольных долей равна 1:

СОДЕРЖАНИЕ

Характеристики

Дифференциальные коэффициенты могут быть сформированы при постоянных отношениях, подобных указанным выше:

Их можно использовать для решения таких PDE, как:

Это равенство можно изменить так, чтобы с одной стороны было дифференциальное отношение мольных количеств или долей.

Мольные количества можно устранить, задав соотношения:

( ∂ п 1 ∂ п 2 ) п 3 знак равно ( ∂ п 1 п 3 ∂ п 2 п 3 ) п 3 знак равно ( ∂ Икс 1 Икс 3 ∂ Икс 2 Икс 3 ) п 3 <\ displaystyle \ left (<\ frac <\ partial n_ <1>> <\ partial n_ <2>>> \ right) _ > = \ left (<\ frac <\ partial <\ frac < n_ <1>> >>> <\ partial <\ frac > >>>> \ right) _ > = \ left (<\ frac <\ partial <\ frac > >>> <\ partial <\ frac > >>>> \ right) _ >>

Таким образом, соотношение химических потенциалов становится:

Аналогичным образом соотношение для многокомпонентной системы становится

Связанные количества

Массовая доля

Массовая доля ш _I может быть вычислена по формуле

где М _я молярная масса компоненты I и M представляет собой среднюю молярная массу смеси.

Молярное соотношение смешивания

Количественное соотношение равно отношению мольных долей компонентов:

п 2 п 1 знак равно Икс 2 Икс 1 <\ displaystyle <\ frac > >> = <\ frac > >>>

Смешивание бинарных смесей с общим компонентом с образованием тройных смесей

Молярный процент

Умножение мольной доли на 100 дает молярный процент, также называемый процентом количество / количество [сокращенно (n / n)%].

Массовая концентрация

Преобразование в массовую концентрацию ρ _i и обратно определяется выражением:

Молярная концентрация

Масса и молярная масса

Мольную долю можно рассчитать по массам m _i и молярным массам M _i компонентов:

Источник