Come Determinare la Concentrazione di una Soluzione

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Passi
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In Chimica o Chimica a soluzione una miscela omogenea di due cose -- a sostanza disciolta e un solvente o solvente in cui la sostanza è disciolta. Concentrazione è una misura della quantità di soluto in un solvente. Ci possono essere molte ragioni per determinare la concentrazione di una soluzione, ma la chimica coinvolta è la stessa sia che tu stia testando il livello di cloro in una piscina o che tu stia effettuando un`analisi salvavita su un campione di sangue. Questa guida ti insegnerà alcune parti fondamentali della chimica delle soluzioni, quindi ti guiderà attraverso la procedura di un`applicazione pratica comune: la manutenzione dell`acquario.

Passi

Parte 1 di 3: Le basi delle concentrazioni

1. Notazione delle concentrazioni. Una concentrazione di una sostanza è la quantità di quel soluto divisa per la quantità di solvente. Tuttavia, poiché esistono diversi modi per esprimere la quantità di una data sostanza, è anche possibile esprimere una concentrazione in modi diversi. Ecco le grafie più comuni:

Grammi per litro (g/L.) La massa di un soluto in grammi disciolti in un dato volume di una soluzione (che non è necessariamente uguale al volume del solvente.) Solitamente utilizzato per soluzioni di solidi in solventi liquidi.
Molarità (M.) Il numero di moli di un soluto diviso per il volume della soluzione.
Parti per milione (ppm.) Il rapporto tra il numero di particelle (di solito in grammi) di un soluto per un milione di parti di una soluzione moltiplicato per 10. Solitamente utilizzato per soluzioni molto diluite in acqua (1 L acqua = 1000 grammi.)
Percentuale di tessuto composito. Il rapporto tra le particelle (sempre in grammi) di un soluto per 100 particelle di una soluzione, espresso in percentuale.

2. Scopri quali dati ti servono per trovare una concentrazione. Fatta eccezione per la molarità (vedi sotto), l`ortografia usuale di una concentrazione come indicato sopra richiede che tu conosca la massa del soluto e la massa o il volume della soluzione risultante. Molti problemi di chimica che richiedono di trovare la concentrazione di una soluzione non forniscono queste informazioni. Se questo è il caso, dovrai lavorare con ciò che conosci per ottenere queste informazioni.

Esempio: Supponiamo di dover trovare la concentrazione (in grammi per litro) di una soluzione ottenuta sciogliendo 1/2 cucchiaino di sale in 2 litri di acqua. Sappiamo anche che 1 cucchiaino di sale è di circa 6 grammi. In questo caso la conversione è facile - moltiplicare: 1/2 cucchiaini x (6 grammi/1 cucchiaino) = 3 grammi di sale. 3 grammi di sale divisi per 2 litri di acqua = 1.5 g/l

3. Impara a calcolare la molarità. La molarità richiede che tu conosca le moli del tuo soluto, ma puoi facilmente dedurlo se conosci la massa del soluto e la sua formula chimica. Ogni elemento chimico ha un noto "massa molare" (MM) – una massa specifica per una talpa di quell`elemento. Queste masse molari si trovano nella tavola periodica (di solito sotto il simbolo chimico e il nome dell`elemento.) Somma semplicemente le masse molari dei componenti del soluto per calcolare la massa molare. Quindi moltiplica la massa nota del soluto per (1/MM del tuo soluto) per trovare la quantità del tuo soluto in moli.

Esempio: Supponiamo di voler trovare la molarità della soluzione salina di cui sopra. Ricapitolando, abbiamo 3 grammi di sale (NaCl) in 2 litri di acqua. Inizia scoprendo le masse molari di Na e Cl guardando nella tavola periodica. Na = circa 23 g/mol e Cl = circa 35,5 g/mol. Quindi, il MM di NaCl = 23 + 35,5 = 58,5 g/mol. 3 grammi NaCl x (1 mol NaCl/58,5 g NaCl) = 0,051 mol NaCl. 0,051 mol NaCl / 2 litri di acqua = .026 M NaCl

4. Pratica esercizi standard sul calcolo delle concentrazioni. La conoscenza di cui sopra è tutto ciò che serve per calcolare le concentrazioni in situazioni semplici. Se conosci la massa o il volume della soluzione e la quantità di soluto inizialmente aggiunta, o puoi dedurla dalle informazioni fornite nell`esercizio, dovresti essere in grado di calcolare facilmente la concentrazione di una soluzione. Crea esercizi pratici per migliorare le tue abilità. Vedi i compiti di esempio di seguito:

Qual è la molarità di NaCL in una soluzione da 400 ml, ottenuta aggiungendo 1.5 grammi di NaCl in acqua?

Qual è la concentrazione, in ppm, di una soluzione ottenuta aggiungendo 0,001 g di piombo (Pb) a 150 L di acqua? (1 L di acqua = 1000 grammi) In questo caso, il volume della soluzione aumenterà di una piccola quantità aggiungendo la sostanza, quindi puoi usare il volume del solvente come volume della soluzione.

Trova la concentrazione in grammi per litro di una soluzione da 0,1 L ottenuta aggiungendo 1/2 mole di KCl all`acqua. Questo problema richiede di lavorare da davanti a dietro, usando la massa molare di KCL per calcolare i grammi di KCl nel soluto.

Parte 2 di 3: Titolazione

1. Capire quando applicare una titolazione. La titolazione è una tecnica utilizzata dai chimici per calcolare la quantità di soluto presente in una soluzione. Per eseguire una titolazione, si fornisce una reazione chimica tra il soluto e un altro reagente (di solito anche disciolto). Poiché conosci la quantità esatta del tuo secondo reagente e conosci l`equazione chimica della reazione tra il reagente e il soluto, puoi calcolare la quantità del tuo soluto misurando la quantità di reagente necessaria per la reazione con il soluto è completare.

Quindi, le titolazioni possono essere molto utili per calcolare la concentrazione di una soluzione se non sai quanto soluto è stato aggiunto in linea di principio.
Se sai quanta parte di un soluto è presente nella soluzione, non è necessario titolare: basta misurare il volume della soluzione e calcolare la concentrazione, come descritto nella Parte 1.

2. Configura la tua attrezzatura per la titolazione. Per eseguire titolazioni accurate sono necessarie apparecchiature pulite, accurate e professionali. Utilizzare una beuta o un becher Erlenmeyer sotto una buretta calibrata, attaccata a un supporto per burette. Il beccuccio della buretta deve inserirsi nel collo della fiaschetta o del becher senza toccare le pareti.

Assicurarsi che tutte le apparecchiature siano pre-pulite, risciacquate con acqua deionizzata e asciugate.

3. Riempi la fiaschetta e la buretta. Misurare con precisione una piccola quantità della soluzione sconosciuta. Quando la sostanza è disciolta si disperde uniformemente in tutto il solvente, quindi la concentrazione di questo piccolo campione della soluzione sarà la stessa di quella della soluzione originale. Riempi la tua buretta con una soluzione di concentrazione nota che reagirà con la tua soluzione. Prendere nota del volume esatto della soluzione nella buretta: sottrarre il volume finale per trovare la soluzione totale utilizzata nella reazione.

Fai attenzione: se la reazione tra la soluzione nella buretta e il soluto nel pallone non mostra alcun segno di reazione, allora indicatore bisogna mettere il sedere. Questi sono usati in chimica per dare un segnale visivo quando una soluzione raggiunge il punto di equivalenza o il punto finale. Gli indicatori sono generalmente utilizzati per le titolazioni che studiano le reazioni acido-base e redox, ma esistono anche molti altri indicatori. Consulta un libro di testo di chimica o Internet per trovare un indicatore adatto alla tua reazione.

4. Inizia con la titolazione. Aggiungere gradualmente una soluzione dalla buretta (de "titolante") nel pallone. Utilizzare un agitatore magnetico o un agitatore di vetro per mescolare delicatamente la soluzione mentre la reazione è in corso. Se la tua soluzione reagisce visibilmente, dovresti vedere alcuni segni che è in corso una reazione: cambio di colore, bolle, residui, ecc. Se usi un indicatore, potresti vedere un cambiamento di colore ad ogni goccia che finisce nel pallone attraverso la buretta.

Se la reazione provoca una variazione del pH o del potenziale, è possibile inserire lettori di pH o un potenziometro nel pallone per misurare l`andamento della reazione chimica.

Per una titolazione più accurata, monitorare il pH o il potenziale come indicato sopra, osservando come procede la reazione ogni volta dopo l`aggiunta di una piccola quantità di titolante. Tracciare l`acidità della soluzione o il potenziale rispetto al volume del titolante aggiunto. Vedrai bruschi cambiamenti nella pendenza della curva nei punti di equivalenza della reazione.

5. Rallenta la titolazione. Quando la tua reazione chimica si avvicina al punto finale, rallenta la titolazione finché non progredisce goccia a goccia. Se utilizzi un indicatore, potresti notare che i lampeggi colorati durano più a lungo. Ora continua a titolare il più lentamente possibile finché non riesci a determinare l`esatta caduta che fa sì che la tua reazione raggiunga il punto finale. Nel caso di un indicatore, generalmente si cerca il cambiamento di colore sostenuto prima possibile nella reazione.

Registra il volume finale nella buretta. Sottraendo questo dal volume iniziale nella buretta, puoi trovare il volume esatto del titolante che hai usato.

6. Calcola la quantità di soluto nella tua soluzione. Usa l`equazione chimica per la reazione tra il tuo titolante e la soluzione per trovare le moli di soluto nel tuo pallone. Una volta trovate le moli di soluto, puoi semplicemente dividere per il volume della soluzione nel pallone per trovare la molarità della soluzione, oppure convertire le moli in grammi e dividere per il volume della soluzione, per ottenere il concentrazione in g/l. Ciò richiede una piccola conoscenza di base della stechiometria.

Ad esempio, supponiamo di aver utilizzato 25 ml di NaOH 0,5 M per titolare una soluzione di HCl in acqua al punto di equivalenza. La soluzione di HCl aveva un volume di 60 ml per la titolazione. Quante moli di HCl ci sono nella nostra soluzione?

Per iniziare, diamo un`occhiata all`equazione chimica per la reazione di NaOH e HCl: NaOH + HCl > eh₂O + NaCl

In questo caso, 1 molecola di NaOH reagisce con 1 molecola di HCl per produrre acqua e NaCl. Quindi, poiché hai aggiunto abbastanza NaOH per neutralizzare tutto l`HCl, il numero di moli di NaOH consumate nella reazione sarà uguale al numero di moli di HCl nel pallone.

Scopriamo quindi qual è la quantità di NaOH in mol. 25 ml NaOH = 0,025 L NaOH x (0,5 mol NaOH/1 L) = 0,0125 moli di NaOH.

Poiché abbiamo dedotto dall`equazione di reazione che le moli di NaOH consumate nella reazione = le moli di HCl nella soluzione, ora sappiamo che ci sono 0,0125 moli di HCl nella soluzione.

7. Calcola la concentrazione della tua soluzione. Ora che conosci la quantità di soluto nella tua soluzione, è facile trovare la concentrazione in termini di molarità. Dividi semplicemente le moli di soluto nella tua soluzione per il volume del tuo campione di soluzione (non il volume della quantità maggiore che hai campionato.) Il risultato è la molarità della tua soluzione!

Per trovare la molarità dell`esempio sopra, dividere le moli di HCl per il volume nel pallone. 0,0125 mol HCl x (1/0,060 L) = 0,208 M HCl.

Per convertire la molarità in g/L, ppm o percentuale di composizione, devi convertire le moli del tuo soluto in massa (usando la massa molare del tuo soluto.) Per ppm e percentuale di composto, devi anche convertire il volume della tua soluzione in massa (usando un fattore di conversione come la densità o semplicemente pesandolo), quindi moltiplicare il risultato rispettivamente per 10 o 10.

Parte 3 di 3: Determinazione della salinità in un acquario

Immagine titolata Calculate the Concentration of a Solution Step 1

1. Prendi un campione d`acqua dal tuo acquario. Registra il volume con precisione. Se possibile, misurare il volume in unità SI come ml: sono facili da convertire in L.

In questo esempio testiamo l`acqua nell`acquario per la salinità, la concentrazione di sale (NaCl) nell`acqua. Supponiamo di prelevare un campione d`acqua per questo scopo da 3 ml dall`acquario e quindi impostare la risposta finale a cui dare g/L.

Immagine titolata Calculate the Concentration of a Solution Step 2

2. Titolare il campione d`acqua. Scegliere un titolante che produca una reazione chiaramente visibile nel soluto. In questo caso utilizziamo una soluzione di 0,25 M AgNO₃ (nitrato d`argento), un composto che produce un sale di cloro insolubile quando reagisce con NaCl nella seguente reazione: AgNO₃ + NaCl > NaNO₃ + AgCl. Il sale (AgCl) sarà visibile come un residuo bianco e torbido che galleggerà e potrà essere separato dalla soluzione.

Titolare il nitrato d`argento da una buretta o un piccolo ago ipodermico nel campione dell`acquario fino a quando la soluzione diventa torbida. Con un campione così piccolo è importante Esattamente determina la quantità di nitrato d`argento che hai aggiunto - studia attentamente ogni goccia.

Immagine titolata Calculate the Concentration of a Solution Step 3

3. Continua finché il commento non si interrompe. Quando il nitrato d`argento smette di intorbidire la soluzione, è possibile registrare il numero aggiunto di ml. Titolare l`AgNO3 molto lento e osservare da vicino la soluzione, soprattutto quando si avvicina il punto finale.

Supponiamo che ci siano 3 ml di AgNO 0,25 M₃ era necessario perché la reazione finisse e l`acqua non si rannuvolasse ulteriormente.

4. Determina il numero di moli del titolante. Questo passaggio è semplice: moltiplica il volume di titolante aggiunto per la molarità. Questo ti darà il numero di moli di titolante utilizzato.

3 ml x 0,25 M = 0,003 l x (.25 mol AgNO₃/1 L) = 0.000075 mol AgNO₃.

5. Determina il numero di moli del tuo soluto. Utilizzare l`equazione di reazione per la conversione del numero di moli di AgNO₃ alle moli di NaCl. L`equazione di reazione è: AgNO₃ + NaCl > NaNO₃ + AgCl. Perché 1 mole di AgNO₃ reagisce con 1 mole di NaCl, ora sappiamo che il numero di moli di NaCl nella nostra soluzione = il numero di moli di AgNO₃ che è stato aggiunto: 0,000075 mol.

In questo caso: 1 mole di AgNO₃ reagisce con 1 mole di NaCl. Ma se 1 mole di titolante reagisce con 2 moli del nostro soluto, allora moltiplichiamo le moli del nostro titolante per 2 per ottenere le moli del nostro soluto.

Al contrario, se 2 moli del nostro titolante reagiscono con 1 mole del nostro soluto, allora dividiamo il numero di moli del titolante per due.

Queste regole corrispondono proporzionalmente a 3 moli di titolante e 1 mole di soluto, 4 moli di titolante e 1 mole di soluto, ecc. oltre a 1 mole di titolante e 3 moli di soluto, 1 mole di titolante e 4 moli di soluto, ecc.

6. Converti il tuo numero soluto di moli in grammi. Per fare ciò dovrai calcolare la massa molare del soluto e moltiplicarla per il numero di moli del tuo soluto. Per trovare la massa molare di NaCl, usa la tavola periodica per trovare e sommare i pesi atomici del sale (Na) e del cloruro (Cl).

MM Na = 22.990. MM CI = 35.453.

22.990 + 35.453 = 58.443 g/mol

0,000075 mol NaCl x 58,442 g/mol = 0,00438 mol NaCl.

Fai attenzione: Se c`è più di un tipo di molecola in un atomo, allora devi aggiungere la massa molare di quell`atomo più volte. Ad esempio, se prendi la massa molare di AgNO₃, Se vuoi trovarlo, dovresti aggiungere la massa o l`ossigeno tre volte perché ci sono tre atomi di ossigeno nella molecola.

7. Calcola la concentrazione finale. Abbiamo la massa del nostro soluto in grammi e conosciamo il volume della soluzione di prova. Tutto quello che dobbiamo fare ora è dividere: 0,00438 g NaCl/0,003 L = 1,46 g NaCl/L

La salinità dell`acqua di mare è di circa 35 g NaCl/L. Il nostro acquario non è abbastanza salato per i pesci marini.

Consigli

Sebbene il soluto e il solvente possano esistere in stati diversi (solido, liquido o gassoso) se separati, la soluzione che si forma quando la sostanza si dissolve sarà nello stesso stato del solvente.
Ag + 2 HNO3 → AgNO3 + NO2 + H2O
Utilizzare solo plastica trasparente o vetro.
Ecco un video di esempio:[1]

Avvertenze

Conservare la soluzione AgNO3 in una bottiglia chiusa e scura. È sensibile alla luce.
Prestare attenzione quando si lavora con acidi o basi forti. Assicurati che ci sia abbastanza aria fresca nella stanza.
Indossa occhiali e guanti di sicurezza.
Se vuoi recuperare l`argento, tieni presente quanto segue: Cu(s) + 2 AgNO3 (aq) → Cu(NO3)2 + 2 Ag (s) Ricorda che (s) significa solido.