Раздел 4. Растворы. Дисперсные системы

4.1. Способы выражения количественного состава растворов Содержание материала для самостоятельного изучения

Концентрация компонентов в растворе: массовая концентрация, молярная, массовая и объемная доли, молярная и моляльная концентрации, молярная концентрация эквивалента.

Литература: [1 – гл. 4, § 4.1]; [2 – гл. VII, §§ 73, 74]. Основные теоретические положения

Растворы – это термодинамически устойчивые однофазные системы переменного состава, состоящие из двух или более компонентов.

Растворы могут быть жидкими, твердыми и газообразными. В строительном производстве приходится иметь дело с жидкими растворами и дисперсными системами с дисперсионной средой в виде раствора, например, в «строительных растворах». Многие вяжущие материалы и металлические сплавы являются твердыми растворами.

Условно компоненты раствора делят на растворитель (обозначают буквой А) и растворенное вещество (обозначают буквой В). Растворителем считают тот компонент, который существует в том же агрегатном состоянии, что и раствор, или которого в растворе больше. При растворении в жидкости газов или твердых веществ растворителем всегда является жидкость.

Одной из важнейших характеристик раствора является его состав (концентрация компонентов). Концентрацией вещества в растворе называют количество, массу или объем растворенного вещества в определенной массе или объеме раствора или растворителя.

В производстве для выражения концентрации чаще всего используют массу вещества, в химии – количество вещества. Массу вещества, растворителя или раствора выражают в г или кг, объем – в л (дм³) или в м³, количество вещества – в молях.

Основные способы выражения концентрации

Массовая концентрация растворенного вещества с_В [г/л или кг/м³] – масса растворенного вещества в единице объема раствора:

, (4.1)

где m_В – масса растворенного вещества, г;

V_р-ра – объем раствора, л.

Массовая доля или процентная концентрация растворенного вещества ω_В [доли единицы или масс. %] – отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора:

, (4.2)

где m_В и m_А – масса растворенного вещества и растворителя соответственно, г;

m_р-ра – масса раствора, г.

Массовая доля показывает, сколько граммов вещества содержится в 100 г раствора. Например, 10 %-ный раствор NaCl это такой раствор, в 100 г которого содержится 10 г NaCl и 90 г воды.

Объемная доля вещества _В [доли единицы или об. %] – отношение объема растворенного вещества к общему объему раствора:

, (4.3)

где V_р-ра – объем раствора, л.

Молярная доля растворенного вещества _В (или растворителя _А) [доли единицы или мол. %] – отношение количества растворенного вещества (или растворителя) в молях к общему количеству вещества и растворителя в растворе:

или , (4.4)

где _В и _А – количество растворенного вещества и растворителя соответственно, моль.

Молярная концентрация вещества с_М (молярность М) [моль/л] – количество растворенного вещества в 1 л раствора:

, (4.5)

где _В – количество растворенного вещества, моль;

m_B – масса растворенного вещества, г;

M_B – молярная масса растворенного вещества, г/моль;

V_р-ра – объем раствора, л.

Выражение 0,5 М раствор NaОН означает, что в 1 л раствора содержится 0,5 молей NaОН, то есть с_М (NaОН) = 0,5 моль/л.

1 М – одномолярный, 0,1 М – децимолярный, 0,01 М – сантимолярный растворы.

Молярная концентрация эквивалента вещества с_э (нормальность н.) [моль/л] – число молей эквивалента вещества в 1 л раствора:

, (4.6)

где _э,В – число молей эквивалентов вещества, моль;

М_э,В – молярная масса эквивалента вещества, моль/л;

m_B – масса растворенного вещества, г;

V_р-ра – объем раствора, л.

Выражение 2 н. раствор H₂SO₄ означает, что в 1 л раствора содержится 2 моля эквивалента H₂SO₄, то есть с_э(H₂SO₄) = 2 моль/л.

Для однокислотных оснований (NaOH, KOH …), одноосновных кислот (HCl, HNO₃ …) и полученных из них солей (NaCl, KNO₃ …) молярная концентрация эквивалента равна молярной концентрации с_э = с_М. Для двухосновных кислот (например, H₂SO₄) и двухкислотных оснований (например, Ba(OH)₂) с_э = 2с_М ).

Моляльная концентрация с_m (моляльность m) [моль/кг] – число молей растворенного вещества в 1 кг или 1000 г растворителя:

, (4.7)

где _В – количество растворенного вещества, моль;

m_В и m_А – масса растворенного вещества и растворителя соответственно, г;

M_B – молярная масса растворенного вещества, г/моль;

1000 – коэффициент перевода г в кг.