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• Passi
• Consigli
• avvertimento

In chimica, soluzione è una miscela omogenea di soluto e Solvente sciogli quel soluto. Concentrazione è una misura della quantità di sostanza disciolta in un solvente. Ci sono molte ragioni per calcolare la concentrazione di una soluzione, ma il metodo è lo stesso sia che tu debba testare il tuo livello di cloruro in un bagno o analizzare un campione di sangue per salvare vite umane. Questo articolo fornirà alcune conoscenze di base sulla chimica delle soluzioni, seguite da istruzioni dettagliate su un'applicazione pratica molto comune: la manutenzione dell'acquario.

Passi

Metodo 1 di 5: impara le basi della concentrazione

1. 

   Impara il vocabolario. La concentrazione è il rapporto tra la massa del soluto e la massa dell'intera miscela. Ad esempio, se hai intenzione di sciogliere zucchero e aceto insieme per un esperimento, devi calcolare la concentrazione di zucchero nella miscela. Di seguito è una descrizione di ogni componente del risultato di un problema chimico:
   • Lo zucchero lo è soluto, cioè, l'ingrediente viene sciolto. Stai misurando la concentrazione del soluto.
   • L'aceto è Solvente, ovvero la sostanza in cui dissolvi un'altra sostanza.
   • Dopo averli mescolati insieme ne avrai uno soluzione. Per calcolare la concentrazione è necessario ottenere la massa totale della soluzione, che può essere trovata sommando la massa del soluto e la massa del solvente insieme.
   • Se non ricordi quali solventi e quali solventi ricorda questo esempio.

2. 

   
   
   Impara a scrivere le concentrazioni. Poiché esistono diversi modi per rappresentare la "massa" di una sostanza, esiste anche più di un modo per scrivere la concentrazione. Questi sono i più comuni:
   • Grammo per litro (g / L). È semplicemente la massa in grammi di soluto in un dato volume di soluzione. Spesso utilizzato per solventi e solventi liquidi, come zucchero e aceto nell'esempio sopra.
   • Concentrazione molare (M). Il numero di moli del soluto diviso per il volume della soluzione. Mol è un'unità di misura in chimica, usata per descrivere il numero di atomi o molecole di una sostanza.
   • Parti per milione (ppm). Numero di unità (solitamente grammi o milligrammi) di soluto per milione di unità di soluzione. Solitamente utilizzato per soluzioni acquose molto diluite.
   • Composizione percentuale. Il numero di parti (solitamente grammi) di soluto presente in una soluzione al cento per cento. Il simbolo di percentuale significa "in 100", quindi puoi facilmente scrivere la frazione come percentuale.
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Metodo 2 di 5: calcola la concentrazione in grammi per litro

1. 

   
   
   Scopri come applicare questo metodo. Questo è un modo utile per misurare la concentrazione quando si dissolve un solido in un liquido e quando si eseguono calcoli con soluzioni relativamente grandi e facili da misurare. Se la quantità di soluto è solo di pochi milligrammi o il solvente è in millilitri, allora dovresti usare un altro metodo.
   • Problema di esempio: Trova la concentrazione (grammi per litro) di una soluzione preparata da 3 mL di sale da cucina a 2000 mL di acqua. Scrivi la tua risposta in grammi / litro.

2. 

   
   
   Converti la massa di soluto in grammi. Se il soluto (che è sciolto nella maggiore quantità di solvente) è stato pesato in grammi, saltare questo passaggio. In caso contrario, devi convertire le unità in grammi. La conversione da unità di massa (come i chilogrammi) è semplice se guardi i tassi di conversione, ma la conversione da unità di volume (come i litri) è più complicata. Ogni sostanza ha una propria densità, che è il valore che definisce la quantità di materia contenuta in un volume unitario. Cerca questa densità e moltiplicala per il valore del volume per ottenere la massa in grammi, dopo esserti assicurato che l'unità corrisponda.
   • Nell'esempio sopra, il sale è il soluto. Il sale viene misurato in unità di volume (mL), quindi devi convertirlo in grammi.
   • La densità del sale è di 1,15 g / mL. Se il problema non fornisce questi dati, dovresti cercarli in un libro di testo o in un database di sostanze chimiche. Devi trovare la densità in termini di unità che stai utilizzando (grammi per litro) o convertirla nelle unità corrette.
   • Per trovare la massa di sale presente in 3 mL, calcolare 3 mL × (/ _{1 ml}) = 3,45 grammi di sale.

3. 

   Converti i dati del solvente in litri. I solventi sono generalmente misurati in unità di volume, quindi la conversione è abbastanza semplice. Se il problema è già solvente in litri, andare al passaggio successivo.
   • Nell'esempio sopra, abbiamo 2000 ml di acqua, quindi deve essere convertita in litri.
   • Ogni litro ha 1000 mL, quindi converti per calcolo (/ _{1000 mL}) x (2000 mL) = 2 litri di acqua.
   • Nota che organizziamo la conversione delle unità in modo che i mL vengano distrutti (uno sopra, uno sotto). Se scrivi come / _{1 L} x 2000 mL darà un risultato senza senso.

4. 

   Dividi il solvente per il soluto. Ora che abbiamo il peso in grammi di soluto e il volume in litri di solvente, troverai facilmente la concentrazione g / L dividendo:
   • Nell'esempio sopra, / _{2 litri d'acqua} = 1.725 g / L di concentrazione di sale.

5. 

   Modifica la formula per il calcolo di grandi soluti. In teoria, dovremmo calcolare la concentrazione dal volume dell'intera soluzione, cioè sommare il volume di soluto e solvente insieme. Quando si dissolve una piccola quantità di solidi in una grande quantità di liquido, la differenza di volume è trascurabile, quindi è possibile ignorare il volume del soluto e utilizzare solo il volume del solvente, come fatto in precedenza. Se il volume del soluto è abbastanza grande da modificare in modo significativo il volume totale, è necessario modificare la formula in (g soluto) / (L soluto + L solvente).
   • Nell'esempio sopra, / (_{2 litri d'acqua} + 0,003 L di sale) = 1.722 g / L.
   • La differenza tra questo risultato e il risultato originale è di soli 0,003 g / L. Questa è una deviazione molto piccola e quasi inferiore alla precisione degli strumenti di misura.
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Metodo 3 di 5: calcola la concentrazione in percentuale o per milione

1. 

   Scopri come applicare questo metodo. Utilizzare questo metodo se il problema richiede di trovare "contenuto percentuale" o "percentuale di massa". In chimica, normalmente sei più interessato alla massa di una sostanza. Una volta che conosci la massa di soluto e solvente, puoi trovare la percentuale di soluto in modo relativamente semplice confrontando le due masse.
   • Problema di esempio: Sciogliere 10 g di cioccolato in polvere in 1,2 litri di acqua calda. Innanzitutto, calcola la percentuale in peso di cioccolato in soluzione. Quindi scrivi il risultato in parti per milione.

2. 

   Converti le cifre in grammi. Se sono presenti numeri in unità di volume (come litri o millilitri), è necessario convertirli in unità di massa in grammi. Poiché ogni sostanza ha un peso specifico (massa per volume), devi trovare la sua specificità prima di poter trovare la massa:
   • Cerca la densità della sostanza in un libro di testo o cercala online. Converti questa densità nel grammo sopra (l'unità di volume utilizzata nel problema) se i dati trovati non sono adatti. Moltiplica la densità per il volume della sostanza e otterrai la massa in grammi.
   • Per esempio: Hai 1,2 litri di acqua. La densità dell'acqua è di 1000 grammi per litro, quindi calcola (/ _{1 L}) x 1,2 L = 1200 g.
   • Poiché la massa di cioccolato è stata espressa in grammi, non è necessario cambiarla.

3. 

   Calcola la percentuale. Dopo aver ottenuto sia la massa del soluto che la massa del solvente in grammi, utilizzare questa formula per calcolare la percentuale: (/ (_{grammi di soluto + grammo di solvente})) x 100.
   • Hai 10 grammi di cioccolatini e hai scoperto che l'acqua è 1200 grammi. L'intera soluzione (soluto + solvente) ha un peso di 10 + 1200 = 1210 grammi.
   • Concentrazione di cioccolato in soluzione intera = / _{(1210 grammi di soluzione)} = 0,00826
   • Moltiplica questo valore per 100 per ottenere la percentuale: 0,00826 x 100 = 0,826, quindi è tutto una miscela di cioccolato allo 0,826%.

4. 

   Calcola gli ingredienti per milione. Abbiamo già la "percentuale", quindi le parti per milione vengono calcolate esattamente nello stesso modo. La formula è (/ (_{grammi di soluto + grammo di solvente})) x 1.000.000. Questa formula viene riscritta nella notazione matematica di (/ (_{grammi di soluto + grammo di solvente})) x 10.
   • Nell'esempio sopra, / _{(1210 grammi di soluzione)} = 0,00826.
   • 0,00826 x 10 = 8260 ppm cioccolato.
   • Di solito le parti per milione vengono utilizzate per misurare concentrazioni molto piccole perché è scomodo scrivere in percentuale. Per comodità usiamo anche lo stesso esempio.
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Metodo 4 di 5: calcola la concentrazione molare

1. 

   Di cosa hai bisogno per applicare questo metodo? Per calcolare la concentrazione molare, devi sapere quante moli del soluto ci sono, ma puoi trovare facilmente questa cifra se conosci la massa del soluto e la sua formula chimica. Se non disponi di tutte queste informazioni o non hai appreso il concetto di "mol" in chimica, utilizza un metodo diverso.
   • Problema di esempio: qual è la molarità di una soluzione preparata sciogliendo 25 grammi di idrossido di potassio in 400 mL di acqua?
   • Se la massa del soluto è data in unità diverse dai grammi, è necessario convertirla prima in grammi.

2. 

   Calcola la massa molare del soluto. Ogni elemento chimico ha una "massa molare" nota, la massa di una mole di quell'elemento. La massa molare ha lo stesso valore della massa atomica sulla tavola periodica degli elementi, solitamente sotto il simbolo chimico e il nome di ogni elemento. Basta aggiungere la massa molare degli elementi costitutivi che compongono il soluto per trovare la massa molare del soluto.
   • L'esempio sopra utilizza idrossido di potassio come soluto. Cerca questa sostanza in un libro di testo o nel database delle formule chimiche per la formula chimica dell'idrossido di potassio: KOH.
   • Usa la tavola periodica o la documentazione in linea per trovare la massa atomica dell'elemento: K = 39,0; O = 16,0; H = 1,0.
   • Aggiungi le masse atomiche e scrivi l'unità "g / mol" dietro per ottenere la massa molare. 39 + 16 + 1 = 56 g / mol.
   • Per le molecole con più di un tipo di atomo, aggiungi la massa atomica di ciascun tipo di atomo. Ad esempio, H.₂O ha una massa molare di 1 + 1 + 16 = 18 g / mol.

3. 

   Calcola il numero di moli di soluto. Una volta ottenuta la massa molare (g / mol), puoi convertire tra grammi e mol. Conosci già la massa del soluto in grammi, quindi puoi cambiarla come segue (massa del soluto in grammi) x (/ _{massa molare}) per ottenere un risultato in moli.
   • Nell'esempio sopra, poiché hai 25 grammi di sostanza con una massa molare di 56 g / mol, calcola come segue 25 g x (/ _{56 g / mol}) = circa 0,45 moli di KOH in soluzione.

4. 

   Dividi il volume della soluzione in litri per trovare la concentrazione molare. La concentrazione molare è definita come il rapporto tra il numero di moli di soluto e il numero di litri di soluzione. Se necessario, convertire il volume della soluzione in litri, quindi eseguire il calcolo.
   • In questo esempio, abbiamo 400 ml di acqua, quindi questo sarebbe 0,4 litri.
   • La concentrazione molare di KOH in soluzione è / _0.4L = 1.125 M. (Otterrai risultati più accurati usando una calcolatrice e non arrotonderai alcun numero fino al passaggio finale.)
   • Di solito è possibile ignorare il volume del soluto perché non modifica in modo significativo il volume del solvente. Se dissolvi una quantità di soluto abbastanza grande da modificare in modo significativo il volume, misura il volume della soluzione finale e utilizza quel parametro.
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Metodo 5 di 5: titolazione per calcolare la concentrazione della soluzione

1. 

   Sappi quando titolare. La titolazione è una tecnica utilizzata dai chimici per calcolare la quantità di soluto presente in una soluzione. Per eseguire una titolazione è necessario creare una reazione chimica tra il soluto e un altro reagente (solitamente anche disciolto in una soluzione liquida). Poiché conosci la quantità esatta del secondo reagente e conosci l'equazione chimica della reazione tra quella sostanza e il soluto, puoi calcolare la quantità di soluto determinando la quantità di reagente che deve essere aggiunta prima alla soluzione. quando la reazione con il soluto è terminata.
   • Pertanto la titolazione è un ottimo metodo per calcolare la concentrazione di una soluzione quando non sai qual è l'importo iniziale del soluto.
   • Se la massa del soluto nella soluzione è nota, non è necessaria alcuna titolazione: è sufficiente determinare il volume della soluzione e calcolare la concentrazione come mostrato nella parte uno.

2. 

   Preparare lo strumento di titolazione. Per una titolazione accurata è necessario disporre di strumenti chimici puliti, precisi e professionali. Nella posizione di titolazione, posizionare la beuta di Erlen sotto il tubo della buretta montato sul morsetto. La punta del tubo della buretta deve rimanere nel collo del pallone senza toccare la parete del pallone.
   • Assicurarsi che tutta l'attrezzatura sia stata precedentemente pulita, sciacquare con acqua deionizzata e lasciare asciugare.

3. 

   Versare la soluzione in flaconi e tubi. Misurare accuratamente una piccola quantità di soluzione di concentrazione sconosciuta. Una volta che il soluto è sciolto, viene disperso uniformemente in tutta la soluzione, quindi la concentrazione di questa piccola soluzione campione sarà la stessa della soluzione originale. Riempi il tubo della buretta con una concentrazione nota di soluzione che reagirà con la tua soluzione. Registra il volume esatto della soluzione nel tubo della buretta: sottrai il volume finale per trovare il volume totale utilizzato in questa reazione.
   • Nota: Se la reazione tra la soluzione nel tubo della buretta e la soluzione nel pallone di concentrazione sconosciuta non mostra segni evidenti di reazione, è necessario aggiungere indicatore nel barattolo. In chimica, un indicatore è una sostanza chimica che cambia il colore della soluzione quando la reazione raggiunge un punto equivalente o finale. Gli indicatori utilizzati per la titolazione sono generalmente acidi e producono reazioni redox, ma esistono molti altri tipi di indicatori. Consulta un libro di testo di chimica o online per trovare l'indicatore giusto per la reazione.

4. 

   Inizia la titolazione. Aggiungere lentamente la soluzione dal tubo della buretta (chiamata "soluzione di titolazione") nel pallone. Utilizzare un agitatore magnetico o una bacchetta di vetro per miscelare la soluzione durante la reazione. Se la reazione nella soluzione è visibile, vedrai segni come cambiamento di colore, bolle, creazione di un nuovo prodotto, ecc. Se usi un indicatore, vedrai apparire delle macchie quando far cadere la soluzione dal tubo della buretta al pallone.
   • Se la reazione provoca una variazione del pH o del potenziale, è possibile immergere una carta per pH o un potenziometro nel pallone per monitorare la reazione.
   • Per una titolazione più precisa è necessario monitorare il pH e il potenziale come accennato, registrando le letture dopo aver aggiunto il titolante in piccoli incrementi fissi. Tracciare il pH o il potenziale con il volume di titolante aggiunto. Vedrai la pendenza del grafico cambiare molto rapidamente nel punto di equivalenza della reazione.

5. 

   Ridurre la velocità di titolazione. Quando la reazione si avvicina al punto finale, diminuire la velocità di titolazione goccia a goccia ogni volta. Se stai usando un indicatore, i raggi colorati potrebbero apparire più lunghi. Procedere il più lentamente possibile fino a raggiungere l'ultima goccia, facendo cessare la reazione esattamente lì. Per quanto riguarda l'indicatore, dovrai notare il primo cambiamento di colore duraturo nella reazione.
   • Registrare il volume finale nel tubo della buretta. Sottraendo questo dal volume della soluzione iniziale nel tubo della buretta, è possibile trovare il volume esatto della soluzione di titolazione utilizzata.

6. 

   Calcola la massa del soluto nella soluzione. Utilizzare l'equazione chimica per la reazione tra il titolante e la soluzione per trovare il numero di moli di soluto nel pallone. Dopo aver trovato le moli di soluto, puoi dividere per il volume della soluzione nel pallone per trovare la concentrazione molare della soluzione, oppure convertire il numero di moli in grammi e dividere per il volume della soluzione per trovare la concentrazione in g / L. . Ciò richiede una conoscenza di base della chimica quantistica.
   • Ad esempio, supponiamo di utilizzare 25 mL di 0,5 M NaOH per titolare la soluzione di HCl e l'acqua fino al punto equivalente. La soluzione di HCl ha un volume di 60 mL prima della titolazione. Quante moli di HCl ci sono in soluzione?
   • Per prima cosa, vediamo l'equazione chimica per la reazione tra NaOH e HCl: NaOH + HCl> H₂O + NaCl.
   • In questo caso, una mole di NaOH reagisce con una mole di HCl per produrre il prodotto (acqua e NaCl). Poiché si aggiunge solo una quantità sufficiente di NaOH per neutralizzare tutto l'HCl, il numero di moli di NaOH utilizzato nella reazione sarà lo stesso del numero di moli di HCl nel pallone.
   • Trova la massa di NaOH in moli. 25 mL NaOH = 0,025 L NaOH x (0,5 mol NaOH / 1 L) = 0,0125 mol NaOH.
   • Poiché abbiamo dedotto dall'equazione di reazione che il numero di moli di NaOH utilizzato = il numero di moli di HCl in soluzione, possiamo concludere che ci sono 0,0125 moli di HCl in soluzione.

7. 

   Calcola la concentrazione della soluzione. Ora che conosciamo la massa del soluto in soluzione, sarà facile trovare la concentrazione molare. Dividere il numero di moli di soluto in soluzione per il volume della soluzione in esame (non sono volume di soluzione da cui stai campionando). Il risultato è la concentrazione molare della soluzione!
   • Per trovare la concentrazione molare per l'esempio sopra, dividi semplicemente il numero di moli di HCl per il volume della soluzione nel pallone. 0,0125 mol HCl x (1 / 0,060 L) = 0,208 M HCl.
   • Per convertire la molarità in g / L, ppm o una percentuale, è necessario convertire il numero molare del soluto in massa (utilizzare la massa molare della miscela di soluto). Per ppm e percentuali, è anche necessario convertire il volume della soluzione in massa (utilizzare un fattore di conversione come densità o semplicemente pesare), quindi moltiplicare per 10 o 10, rispettivamente. con ppm e percentuali.
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Consigli

• Sebbene soluti e solventi possano esistere in diverse forme di materia (solida, liquida, gassosa) quando separati, la soluzione formata dopo aver sciolto il soluto nel solvente avrà la stessa forma fisica. Solvente.
• Utilizzare solo plastica o vetreria durante la titolazione.

avvertimento

• Indossare occhiali e guanti durante la titolazione.
• Fai attenzione quando lavori con acidi forti. Testare in una cappa aspirante se tossico o all'aperto.