Визначення масового процентного складу у водному розчині

Стенограма

Визначення та розуміння складу розчину є фундаментальним для широкого кола хімічних методів. Розчин - це однорідна суміш, що складається з речовини, розчиненої в рідині. Розчинена речовина називається розчиненою речовиною, а основна рідина - розчинником. Розчини можна описати кількома способами - по-перше, за типом розчинника, що використовується для розчинення розчиненої речовини. Водні розчини використовують воду як розчинник. Органічні розчинники, такі як хлороформ, ацетонітрил або ацетон, використовують для виготовлення органічних розчинів, залежно від властивостей розчиненої речовини.

Розчини також описуються кількістю розчиненої речовини, розчиненої в певному обсязі розчинника, або концентрацією. Для отримання додаткової інформації дивіться відео цієї колекції на тему "Розчини та концентрації".

Один із способів розрахунку концентрації розчину базується на масі кожного компонента розчину, що називається масовим відсотком. Це відео представить масовий відсоток розчинів і продемонструє, як визначити значення в лабораторії.

Кількість розчиненої речовини в розчиннику можна виразити різними способами. Спочатку масовий відсоток обчислюється як маса розчиненої речовини, поділена на загальну масу розчину. Масовий відсоток записується як відсоток ваги/ваги, оскільки його іноді називають ваговим відсотком. Однак термін масові відсотки зазвичай вважається правильним.

Кількість розчиненої речовини в розчині також можна виразити через масові відсотки за обсягом, що зазвичай використовуються в біології, і обчислюється як загальна маса розчиненої речовини, поділена на об’єм розчину. Ця одиниця не є справжнім відсотком, оскільки вона не є безрозмірною величиною. Подібним чином також використовується об'ємний відсоток, де об'єм розчиненої речовини ділиться на загальний об'єм розчину.

Масовий відсоток відрізняється від об'ємного відсотка, оскільки лише маса є добавкою. Маса розчину - це сума компонентів. З іншого боку, об’єм не завжди є добавкою, оскільки молекули розчиненої речовини поміщаються у відкриті простори між молекулами розчинника, що призводить до меншого об’єму, ніж очікувалося.

Для визначення масового відсотка розчину в лабораторії можна використовувати кілька простих методів. Спочатку прямий метод вимагає реєстрації загальної маси розчину, а потім випаровування розчинника. Тверде тіло, яке залишилось позаду, - це розчинена речовина, яку потім зважують і використовують для обчислення масових відсотків.

Щільність також можна використовувати для визначення масових відсотків невідомої концентрації. Спочатку готується серія стандартних розчинів з різноманітними кількостями розчинених речовин. Виберіть стандарти, які варіюються в концентрації від нерозчиненої речовини до максимальної розчинності розчиненої речовини. Потім розраховують щільність для кожного стандарту та порівнюють із щільністю зразка. Тепер, коли були викладені основи розрахунків масових відсотків, давайте поглянемо на обчислення масових відсотків за допомогою прямого методу та методу щільності в лабораторії.

Спочатку зважте чисту скляну склянку або посуд для кристалізації, висушену в духовці, і запишіть масу.

Помістіть невеликий об’єм розчину в посуд і точно зважте розчин та посуд. Відніміть вагу страви і запишіть масу розчину.

Далі поставте блюдо на плиту або в духовку, щоб відігнати воду. Повільне випаровування ідеально підходить, оскільки кипіння може призвести до бризок розчину та втрати розчиненої речовини. Після випаровування розчинника охолодіть залишок твердої речовини, який є розчиненою речовиною. Точно визначте масу. Обчисліть масовий відсоток, поділивши масу розчиненої речовини після випаровування на масу вихідного розчину.

По-перше, підготуйте п’ять стандартів, відсотки складів становлять від мінімального до максимального очікуваного невідомого відсотка складу. Не перевищуйте розчинність системи. Обчисліть кількість розчиненої речовини та розчинника, необхідних для приготування процентних композицій.

Зважте розчинену речовину, а потім розчиніть її у питомій вазі розчинника.

Далі виміряйте масу точного об'єму кожного стандартного розчину. Потім розрахуйте щільність для кожного розчину. Зробіть те саме для невідомого рішення. Для отримання додаткової інформації дивіться відео цієї колекції про щільність.

Побудуйте графіки значень щільності стандартних розчинів щодо масових відсотків. У цьому прикладі було підготовлено набір стандартів хлориду натрію з масовими відсотками композицій, що становлять від 5 до 25% розчиненої речовини у розчині. Після побудови даних застосуйте лінійну лінію тренду та визначте рівняння, де y - щільність, а x - масовий відсотковий склад. Використовуйте щільність невідомого розчину, в даному випадку 1,053 г/мл, щоб визначити його масовий відсоток. Вирішивши для x, виявилось, що він становить 7,4%.

Тепер, коли ви побачили основи визначення масового відсотка водних розчинів, давайте розглянемо деякі випадки, коли концентрація розчину повинна бути відома.

Буферні розчини зазвичай використовують у багатьох лабораторних експериментах, особливо в біологічних цілях. Буферні розчини містять специфічну концентрацію розчинених слабких кислот або основи та їх кон'югатів, що дозволяє їй підтримувати і протистояти змінам рН. Часто буфери готують із застосуванням суміші багатьох солей, у тому числі з фосфатними групами, які підтримують постійний рН в діапазоні 7,2 - 7,6.

Масовий відсоток також використовується для розділення складних сумішей, як у цьому прикладі градієнта щільності. Для цього готують розчини з діапазоном масових відсотків, а потім послідовно шарують від великих відсотків до низьких відсотків маси. Це створює градієнт щільності в трубці. Потім зразок завантажують на верх градієнта і центрифугують. Потім компоненти суміші поділяють залежно від того, як далеко вони проходять по трубці.

Розуміння масових відсотків має вирішальне значення не лише для хімічних програм, але й для екологічних досліджень. Вміст вологи в ґрунті важливо розуміти, щоб визначити умови навколишнього середовища, які можуть впливати на екосистеми. Вміст вологи в ґрунті - це масовий відсоток, який описує кількість води, що утримується в ґрунті. Вміст вологи легко знайти, зваживши вологий ґрунт, висушивши ґрунт у печі та зваживши повторно.

Ви щойно переглядали вступ JoVE до визначення масового відсотка водного розчину. Тепер ви повинні зрозуміти важливість масового відсотка, його використання в лабораторії та способи його визначення для водного розчину.