Якими бувають суміші / «Природознавство»

Зміст в суміші того чи іншого компонента висловлюють за допомогою концентрацій. Концентрація - це відношення кількості даного компонента до кількості всього розчину. Найчастіше зустрічаються чотири види концентрацій: масова, об'ємна і мольна частки, а також молярна концентрація.

02

Масова частка ω (читається «омега») - це відношення маси компонента до маси суміші:

03

Масову частку зазвичай висловлюють або в частках одиниці, або у відсотках. Якщо в 100 г розчину міститься 30 г хлориду натрію, це означає, що ω (NaCl) = 0,3 або ω (NaCl) = 30%. Можна також сказати: «є Тридцятивідсотковий розчин хлориду натрію».

04

Масова частка - найпоширеніша в побуті і більшості галузей промисловості концентрація. Саме масова частка жиру, наприклад, вказана на пакетах з молоком (рис. 1).

Мал. 1

Молоко зі зниженим (слава) і нормальним (праворуч) вмістом жиру

06

Приклад 1. У 50 г води розчинили два шматочки цукру, кожен з яких важить по 5,5 г. Визначити масову частку цукру в отриманому розчині.

Рішення. Масова частка цукру в розчині обчислюється за формулою ( 1 ):

Маса розчину складається з маси розчинника (води) і маси розчиненої речовини (цукру):

Таким чином, масова частка цукру в розчині дорівнює:

Відповідь: 18%

*** 07

У більш складних завданнях, де, наприклад, змішують два розчини, або до вже наявного розчину додають будь-якої з компонентів, доцільно робити невеликий схематичний малюнок, що відображає умову задачі.

08

Приклад 2. Змішали 120 г 30% -го розчину і 90 г 50% -го розчину. Визначити масову частку розчиненої речовини в отриманому розчині.

Рішення. Масова частка речовини в третьому розчині - це відношення маси речовини, що міститься в третьому розчині, до маси всього третій розчину:

Маса речовини в третьому розчині складається з маси речовини в першому розчині і маси речовини в другому розчині:

Відповідно до формули ( 1 ), Маса чистого речовини - це маса суміші, помножена на масову частку речовини:

Отримуємо масу речовини в третьому розчині:

Маса ж всього третій розчину складається, очевидно, з мас перших двох розчинів:

Таким чином, масова частка речовини в третьому розчині дорівнює:

Відповідь: 38,6%

09

Приклад 3. Яким кількістю розчинника необхідно розбавити 240 г 65% -го розчину, щоб отримати 40% -й розчин?

Рішення. Масова частка речовини в другому розчині - це відношення маси речовини, що міститься в другому розчині, до маси всього другого розчину:

При розведенні розчину маса розчиненої речовини не змінюється, тому маса речовини в другому розчині дорівнює масі речовини в першому розчині:

Легко помітити, що маса другого розчину складається з маси першого розчину і маси доданого розчинника. Позначимо масу доданого розчинника за x і перепишемо вираз для масової частки речовини в другому розчині, прирівнявши його до 40%, як сказано в умові завдання:

Вирішимо отримане рівняння:

Відповідь: 150 г

*** 10

Об'ємна частка φ (читається «фе») - це відношення обсягу компонента до об'єму суміші:

11

Об'ємна частка також виражається або в частках одиниці, або у відсотках, і використовується в основному для сумішей газів. Наприклад, коли говорять: «в повітрі міститься 21% кисню», мають на увазі саме об'ємну частку: φ (O2) = 21% (рис. 2).

Мал. 2

Об'ємні частки основних компонентів повітря

13

Молярна частка χ (читається «хі») - це відношення кількості речовини даного компонента до суми кількостей речовин всіх компонентів суміші:

14

Так само, як і дві попередні частки - масова і об'ємна, - молярна частка вимірюється у відсотках або частках одиниці, т. Е., Фактично, не має розмірності. Це обумовлено тим, що при обчисленні часткою ми ділимо один на одного однакові величини: маси, обсяги, кількості речовин, а значить, їх розмірності скорочуються. Наступний вид концентрацій має власну розмірність.

15

Молярна концентрація, або молярність Cm (від англ. Molaric concentration) - це відношення кількості речовини даного компонента до об'єму суміші:

16

Розмірність молярної концентрації - моль / л. Щоб вказати молярна концентрація компонента в розчині, можна використовувати і альтернативний вид запису, наприклад: 3 М розчин соляної кислоти. Цей запис означає, що молярна концентрація кислоти дорівнює 3 моль / л, т. Е. Cm (HCl) = 3 моль / л. Вимовляється це так: «є трехмолярний розчин соляної кислоти».

17

Іноді зустрічаються ситуації, коли необхідно перейти від одного виду концентрацій до іншого. Очевидно, що ні один з видів концентрацій не залежить від кількості розчину. Дійсно: якщо масова частка жиру в молоці становить 3,2%, то це значення буде однаковим і для літрового пакета з молоком, і для гуртки, і для цистерни. Тому при вирішенні задачі на перерахунок з однієї концентрації в іншу можна сміливо прийняти обсяг або масу розчину за будь-яку зручну величину, наприклад 10 кг, 5 л і т. Д.

18

Як відомо, один з найбільш солоних водойм у світі - Мертве море. У ньому масова частка кухонної солі NaCl може досягати 10%, в той час як в Чорному морі - не більше 1,8%. При цьому молярні концентрації цієї солі складають відповідно 3,3 моль / л і 0,5 моль / л. Таким чином, масові частки розрізняються приблизно в 5,5 разів, а молярности - в 6,6 раз. Це пояснюється тим, що води двох морів мають різну щільність: у Мертвого моря вона настільки велика, що в ньому майже неможливо потонути; щільність людського тіла менше щільності такого сольового розчину (рис. 3).

Мал. 3

Купання в Мертвому морі

20

Приклад 4. Водний розчин аміаку NH3 називається нашатирним спиртом. Аміак має різкий неприємний запах і дратівливо діє на нервову систему. Тому в медицині нашатирний спирт використовується для того, щоб повернути в свідомість людини, який втратив свідомість. Зазвичай - це 5,6 М розчин аміаку в воді, що має щільність 0,95 г / мл. Чому дорівнює масова частка аміаку в нашатирному спирті такої концентрації?

Рішення. Приймемо обсяг розчину рівним, наприклад, двом літрам:

Масова частка аміаку знаходиться за відомою формулою ( 1 ):

Обчислимо кількість речовини аміаку за допомогою формули ( 4 ):

Знаючи кількість речовини і порахувавши молярну масу аміаку, знайдемо його масу:

Залишилося знайти масу розчину; вона обчислюється за допомогою об'єму і щільності, даної в умові. При цьому не забудемо перевести літри в мілілітри, щоб уникнути конфлікту розмірностей:

Масова частка аміаку дорівнює:

Відповідь: 10% 21 Трохи вправ 1. Для приготування коктейлю до 200 мл води додали 12 г тростинного цукру, 9 г лимонного соку, 10 г полуничного сиропу і пелюстки м'яти загальною масою 2,5 г. Чому дорівнює масова частка м'яти в такому коктейлі? Чи можна порахувати масову частку води в ньому?
2. Для визначення змісту дорогоцінних металів в їх сплавах широко застосовується ще один вид концентрації - проба. Вона показує, скільки міліграмів металу міститься в тисячі міліграмів (т. Е. Одному грамі) сплаву. Наприклад, «золото 585-ї проби» - це далеко не чисте золото, а сплав золота, срібла і міді, в якому на 1000 мг сплаву припадає лише 585 мг золота. Визначте пробу і масову частку золота в сплаві, для виготовлення якого взяли 73 г золота, 12 г срібла, 10 г паладію, 6 г нікелю та 13 г міді.
3. Яку масу чистого речовини необхідно додати до 120 г 30% -го розчину, щоб його масова частка в новому розчині стала рівною 45%?
4. Змішали 60 г 30% -го розчину і 170 г 45% -го розчину. Визначте масову частку розчиненої речовини в новому розчині.
5. Яку масу 25% -го розчину необхідно додати до 220 г 40% -го розчину, щоб масова частка розчиненої речовини стала рівною 30%?
6. Для йодування кухонної солі використовують йодат калію KIO3. Відповідно до чинного в СНД стандартом вміст йоду в 1 кг йодованої солі має становити близько 40 мг. Визначте масову частку иодата калію в солі, виготовленої по такому стандарту.
7. У 400 мл розчину міститься 20 г нітрату срібла. Визначте молярну концентрацію цієї солі.
8. Щільність 2,5 М розчину нітрату калію становить 1,15 г / мл. Чому дорівнює масова частка цієї солі в такому розчині?
9. Мінерал малахіт має наступний хімічний склад (в масових%): CuO - 71,9, CO2 - 19,9, Н2О - 8,2. Визначте молярний частки кожного з компонентів.
***