Przeczytaj

bg‑cyan

Stężenie ma znaczenie

Z pojęciem stężeniastężeniestężenia niejednokrotnie masz do czynienia w codziennym życiu. Stężenie procentowe oznacza stosunek masy substancji rozpuszczonej do masy całego roztworu, najczęściej wyrażony w skali procentowej. Przykładowo kupując sok, wybierasz ten z oznaczeniem stu procent danego owocu, sugerując się jego jakością.

Podobnie jest, gdy się skaleczysz, sięgasz wtedy po środek umożliwiający zdezynfekowanie rany. Najczęściej jest nim woda utleniona o stężeniu $3 %$ . Wielkość ta nie jest przypadkowa, ponieważ różne stężenia tej substancji mają inne zastosowania.

Idąc tym tropem, roztwór nadtlenku wodoru o stężeniach $6 - 12 %$ jest powszechnie używany w fryzjerstwie do rozjaśniania włosów. Znany jest również roztwór $H_{2} O_{2}$ o stężeniu $30 %$ . Taki roztwór nadtlenku wodoru potocznie nazywany jest perhydrolem. Analogicznie do powyższych przykładów, to również jest bezbarwna oraz bezwonna ciecz, ale wykazująca żrące właściwości wobec tkanek żywych, w efekcie czego pozostawia martwicze białe plamy na skórze. Dlatego nie można jej stosować w celach dezynfekcyjnych jak $3 %$ wody utlenionej, lecz znajduje on zastosowanie jako silny utleniacz w przemyśle chemicznym.

RCakWuNMCW0eM

Na zdjęciu jest model kulkowo‑pręcikowy cząsteczki nadtlenku wodoru. Model jest zbudowany z dwóch połączonych ze sobą czerwonych kulek. Każda z nich łączy się u góry z białą kulką. Czerwone kulki symbolizują atomu tlenu, a białe kulki atomy wodoru. — Model cząsteczki nadtlenku wodoru $H_{2} O_{2}$ .
Źródło: dostępny w internecie: wikimedia.org, domena publiczna.

Istnieją jeszcze bardziej stężone roztwory nadtlenku wodoru, o stężeniu $85 % - 98 %$ , stosowane są jako utleniacze paliw rakietowych oraz paliw okrętów podwodnych. Pierwszy w historii rakietowy pocisk balistyczny – rakieta $V 2$ była napędzana na skutek reakcji $80 %$ roztworu nadtlenku wodoru z manganianem( $VII$ ) potasu. Reakcja ta jest silnie egzotermiczna i powoduje wydzielanie znacznych ilości pary wodnej i tlenu. Powstałe ciśnienie tlenu napędzało turbopompę pompującą mieszaninę paliwową do komory spalania. Mieszanina paliwowa składała się z alkoholu etylowego z wodą oraz ciekłego tlenu.

2 {KMnO}_{4} + 3 H_{2} O_{2} \to 2 {MnO}_{2} + 2 KOH + 2 H_{2} O ↑ + 3 O_{2} ↑

R123oBRzu3jTb

3%

roztwór nadtlenku wodoru Woda utleniona (roztwór 3%) rozkłada się przy kontakcie z krwią i peroksydazami, gwałtownie wydzielając tlen i spieniając okolice zranienia. opis WCAG

^{Źródło: pinterest.com, licencja: domena publiczna}

12%

roztwór nadtlenku wodoru Roztwory

3–15%

są zwykle stosowane jako wybielacz na bazie aktywnego tlenu w środkach chemii gospodarczej, roztwory

3–12%

są stosowane we fryzjerstwie do farbowania i rozjaśniania włosów. opis WCAG

^{Źródło: pixabay.com, licencja: domena publiczna}

30%

roztwór nadtlenku wodoru Stosowany jest jako środek wybielający oraz utleniacz. Używany jest także do oczyszczania kości z resztek tkanek miękkich (np. w celu wypreparowania trofeów myśliwskich). Występuje jako substancja czynna w produktach biobójczych i dezynfekcyjnych. opis WCAG^{Białe plamy powstałe na skórze w wyniku kontaktu z perhydrolem.
Źródło: he.wikipedia.org, licencja: domena publiczna},

85–98%

roztwór nadtlenku wodoru Roztwór ten stosowany jest jako utleniacz paliwa rakietowego i paliwa do okrętów podwodnych. opis WCAG^{Rakieta V-2 w muzeum w Peenemünde.

Źródło: AElfwine, licencja: CC BY-SA 3.0, dostępny w internecie: uk.wikipedia.org}

Ciekawostka

Morze Martwe (jezioro) w Izraelu otrzymuje wodę z kilku strumieni, ale nie ma odpływu. Z uwagi na nieprzerwane parowanie wody dochodzi do ciągłej koncentracji soli. Średnie zasolenie Morza Martwego wynosi w przybliżeniu $25 %$ – w porównaniu z zaledwie $3,5 %$ dla wody oceanicznej. Duże zasolenie sprawia, że woda nie nadaje się do zasiedlenia przez ryby, za to z wody pozyskuje się duże ilości soli sodowej i potasowej. Co ciekawe, duża koncentracja soli powoduje, że pływacy nie są w stanie zatopić się w morzu.

R95mdzbaw8WYM

Zdjęcie przedstawia fragment wybrzeża Morza Martwego, gdzie występują złoża halitu. Brzeg ma kształt dużych, stosunkowo cienkich, płaskich płatów. Płaty są jasne. — Złoża halitu. Halit jest minerałem, który znany i używany był już od czasów starożytnych. Występuje on wzdłuż zachodniego wybrzeża Morza Martwego. Głównym jego składnikiem jest chlorek sodu.
Źródło: Wilson44691, dostępny w internecie: www.en.wikipedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

R1UbbpPiiwoG6

Zdjęcie przedstawia jordański brzeg Morza Martwego. Złoże soli przybrało tu wyraźny kształt wznoszący się nad brzegiem. Ma liczne poziome warstwy. — Jordański brzeg Morza Martwego, z odkładającymi się złożami soli pozostawionymi przez opadający poziom wody.
Źródło: dostępny w internecie: http://photopin.com, licencja: CC BY-SA 2.0.

R1KGbXsuUj9Ab

Zdjęcie przedstawia grupę ludzi pływających w Morzu Martwym. Dzięki wysokiemu stężeniu soli z łatwością unoszą się na powierzchni wody. — Niezwykle wysokie stężenie soli w Morzu Martwym sprawia, że na powierzchni z łatwością unoszą się ludzie nieumiejący pływać, również to zjawisko jest wykorzystywane przez turystów do czytania książek swobodnie dryfując na powierzchni wody, bez zmartwienia o zamoczenie trzymanej przez nich literatury.
Źródło: Robertbye, dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, domena publiczna.

bg‑cyan

Stężenie procentowe

W celu poprawnego sporządzenia roztworu o żądanym stężeniu procentowym można skorzystać z prostych wzorów matematycznych. Dla przypomnienia:

wzór na stężenie procentowe:
$C_{p} = \frac{m_{s}}{m_{r}} \cdot 100 %$
wzór na przeliczanie stężeń molowych i procentowych:
$C_{p} = \frac{C_{m} \cdot M \cdot 100 %}{d_{r}}$

Gdzie:

$m_{s}$ – masa substancji rozpuszczonej,
$m_{r}$ – masa roztworu (masa substancji rozpuszczonej + masa rozpuszczalnika),
$C_{p}$ – stężenie procentowe,
$C_{m}$ – stężenie molowe,
$d_{r}$ – gęstość roztworu,
$M$ – masa molowa.

Ważne!

Pamiętaj o uzgodnieniu jednostek! Jeżeli stężenie molowe wyrażone jest w molach na ${dm}^{3}$ , to również gęstość powinna być wyrażona w jednostce masy na ${dm}^{3}$ .

bg‑cyan

Wyprowadzenie wzoru za pomocą proporcji

Z definicji wiemy, że stężenie procentowe roztworu to masa substancji rozpuszczonej [ $g$ ] w $100 g$ rozpuszczalnika, wyrażona w procentach [ $%$ ].

$m_{r}$ – masa roztworu (masa substancji rozpuszczonej $+$ masa rozpuszczalnika)

Możemy więc zapisać to w następujący sposób:

m_{r} - 100 %

Jeśli dodamy do proporcji masę substancji rozpuszczonej $m_{s}$ , to otrzymamy:

m_{r} - 100 %

m_{s} - X

Znając zasady obliczania proporcji możemy wyprowadzić wzór:

X (C_{p}) = \frac{m_{s} \cdot 100 %}{m_{r}}

C_{p} = \frac{m_{s}}{m_{r}} \cdot 100 %

Za pomocą metody proporcji lub wzoru w łatwy sposób można wykonać niezbędne obliczenia i na ich podstawie sporządzać roztwory o dowolnym stężeniu.

Ćwiczenie 1

Jak w praktyce laboratoryjnej można przygotować $200 g$ roztworu $NaCl$ o stężeniu $10 %$ . Ile gramów soli kuchennej (chlorku sodu, $NaCl$ ) i ile wody należy użyć?

RUJLfAwN7MrQ5

Rozwiązanie oraz odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

R1ID0m5xjtMEx

Sposób $I .$ Stężenie procentowe można określić jako ilość substancji zawartą w
$100g$ roztworu. Korzystając zatem z proporcji można obliczyć ilość chlorku sodu, którą należy rozpuścić, aby otrzymać $200 g$ roztworu.

Sposób $II .$ Można skorzystać z proporcji lub ze wzoru na stężenie procentowe:

m_{s} = \frac{m_{r} \cdot C_{p}}{100 %}

Krok $I .$ Wykonujemy obliczenia.

Sposób $I .$

Roztwór $10 %$ :

100 g roztworu - 10 g NaCl

200 g roztworu - x

x = 20 g

Pozostaje jeszcze kwestia ilości użytej wody, którą obliczamy przy pomocy równania:

masa roztworu = masa rozpuszczalnika + masa substancji rozpuszczonej

m_{H_{2} O} = masa roztworu - masa substancji rozpuszczonej

m_{H_{2} O} = 200 g - 20 g = 180 g

Wiedząc, że przybliżona gęstość wody wynosi $1 \frac{g}{{cm}^{3}}$ , obliczamy objętość wody:

V_{H_{2} O} = \frac{m_{H_{2} O}}{d_{H_{2} O}} = \frac{180 g}{1 \frac{g}{{cm}^{3}}} = 180 {cm}^{3}

Sposób $II .$

m_{s} = \frac{m_{r} \cdot C_{p}}{100 %}

m_{s} = \frac{200 g \cdot 10 %}{100 %} = 20 g

10 % = \frac{20 g}{200 g - x} \cdot 100 %

x = 180 g, czyli 180 {cm}^{3}

Krok $II .$ Korzystając z wagi odważamy na szkiełku zegarkowym $20 g$ $NaCl$ (sól kuchenna).

Krok $III .$ Za pomocą tryskawki wlewamy do cylindra miarowego $180 {cm}^{3}$ wody.

Krok $IV .$ Do kolby stożkowej lub zlewki przenosimy ilościowo odważony $NaCl$ ( $20 g$ $NaCl$ ) i wlewamy wodę ( $180 {cm}^{3}$ ), ostrożnie opłukując szkiełko z reszty pozostałej na nim soli. Zawartość mieszamy bagietką.

Aby sporządzić $200 g$ roztworu $NaCl$ o stężeniu $10 %$ należy w $180 {cm}^{3}$ wody rozpuścić $20 g$ $NaCl$ .

bg‑cyan

Zmiana stężenia procentowego roztworu

Istnieje kilka sposobów zmiany stężenia procentowego roztworu.

Zmiana	Efekt	Numer ćwiczenia
Dodanie substancji rozpuszczonej	stężenie roztworu rośnie	Ćwiczenie $2 .$
Odparowanie rozpuszczalnika	stężenie roztworu rośnie	Ćwiczenie $3 .$
Dodanie rozpuszczalnika	stężenie roztworu zmniejsza się	Ćwiczenie $4 .$
Zmieszanie dwóch roztworów tej samej substancji o różnych stężeniach	stężenie jednego roztworu wzrośnie, drugiego zmaleje (ogólna wartość stężenia powstałego roztworu będzie pośrednia)	Ćwiczenie $5 .$

Ćwiczenie 2

Jak zmieni się stężenie procentowe roztworu jeśli do $120 g$ roztworu $NaOH$ o stężeniu $20%$ dodano $20 g$ substancji?

RKnjTKB0YkdaE

Rozwiązanie oraz odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

R1cnwDPmjrymq

Krok $I .$ Obliczenie masy substancji w roztworze o stężeniu $20 %$ .

Roztwór 20 % - 100 g roztworu - 20 g NaOH

120 g roztworu - x

m_{s 1} = x = 24 g

Masa substancji w pierwotnym roztworze $m_{s 1}$ wynosi $24 g$ .

Krok $II .$ Obliczenie całkowitej masy substancji.

m_{s 2} = m_{s 1} + 20 g = 24 g + 20 g = 44 g

Krok $III .$ Obliczenie masy roztworu.
$m_{s d}$ – masa substancji dodanej (z treści zadania)

m_{r 2} = m_{r 1} + m_{s d} = 120 g + 20 g = 140 g

Krok $IV .$ Obliczenie nowego stężenia procentowego.

C_{p 2} = \frac{m_{s 2}}{m_{r 2}} \cdot 100 %

C_{p} = \frac{44 g}{140 g} \cdot 100 % = 31 %

Po dodaniu $20 g$ substancji stężenie procentowe zwiększy się do $31 %$ .

Ćwiczenie 3

W laboratorium chemicznym do dyspozycji uczniów było $200 g$ $10 %$ roztworu $NaOH$ . Uczniowie mieli za zadanie otrzymać roztwór o stężeniu $15 %$ . Jak najłatwiej wykonać to zadanie?

R1cMMyVolnxun

Rozwiązanie oraz odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

R1UUNAmD0MIqV

Krok $I .$ Obliczenie masy substancji w roztworze o stężeniu $10 %$ .

Roztwór 10 % - 100 g roztworu - 10 g NaOH

200 g roztworu - x

m_{s 1} = x = 20 g

Masa substancji w pierwotnym roztworze ( $m_{s 1}$ ) wynosi $20 g$ .

Krok $II .$

Sposób $I .$ Obliczenie masy i objętości odparowanej wody.

15 % = \frac{20 g + x}{200 g + x} \cdot 100 %

x = 66,7 g = 66,7 {cm}^{3} H_{2} O

Sposób $II .$ Obliczenie masy $NaOH$ koniecznej do uzyskania stężenia $15 %$ .

15 % = \frac{20 g + x}{200 g + x} \cdot 100 %

Po rozwiązaniu równania z niewiadomą $x$ otrzymujemy:

x = 11,765 g NaOH

Najłatwiejszy sposób, aby uzyskać roztwór o stężeniu $15 %$ to dosypanie do $200 g$ roztworu dodatkowo odważonej porcji $NaOH$ o masie $11,765 g$ .

bg‑cyan

Mieszanie i rozcieńczanie roztworów

Obliczenia dotyczące mieszania lub rozcieńczania roztworów można wykonać stosując tzw. metodę krzyżową. Jeśli rozcieńczymy roztwór czystym rozpuszczalnikiem albo zmieszany dwa roztwory tej samej substancji o różnych stężeniach to otrzymamy nowy roztwór.

Ćwiczenie 4

Opisz sposób przygotowania $100 g$ $20 %$ roztworu kwasu solnego, mając do dyspozycji butelkę kwasu solnego, którego stężenie procentowe wynosi $35 %$ . Na etykiecie butelki widnieją również informacje takie jak: $M = 36,46 \frac{g}{mol}$ , $d_{r} = 1,12 \frac{g}{{cm}^{3}}$ .

RgNhTSMIsZoNJ

Rozwiązanie oraz odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

RgrGC49PvSLX6

Krok $I .$ Z etykiety butelki odczytujemy dane:

M = 36,46 \frac{g}{mol}

d_{r} = 1,12 \frac{g}{{cm}^{3}}

C_{p} = 35 %

Krok $II .$ Obliczamy ilości wody i roztworu stężonego kwasu solnego.

Jeżeli z roztworu $35 %$ i wody ( $0 %$ ) trzeba otrzymać roztwór $20%$ , wpisuje się te dane krzyżowo:

Rezv0V0JP3KOQ

Na ilustracji w środku schematu jest C p x . U góry po lewej stronie prowadzi do niego strzałka od napisu C p 1 , a na dole po lewej stronie jest C p 2 . Od C p x prowadzi strzałka w prawo do górnego rogu do zapisu: C p x − C p 2 , a na dole do C p 1 − C p x . Na dole pod schematem są podstawione liczby. W środku jest 20. Po lewej stronie u góry do 20 prowadzi strzałka z liczbą 35, na dole po lewej stronie z liczbą 0. Od liczby 20 są strzałki w prawo do wartości 20 w górnym prawym rogu i 15 w dolnym prawym rogu. Pod schematem jest zapis =35 gramów. — Metoda krzyżowa.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Z powyższego zapisu możemy odczytać, że należy wziąć $C p_{x} - C p_{2}$ ( $20 - 0$ ), czyli $20$ części roztworu $35%$ i zmieszać z $C p_{1} - C p_{x}$ ( $35 - 20$ ), czyli z $15$ częściami wody. Co oznacza, że jeśli zmieszamy $20 g$ roztworu $35 %$ z $15 g$ wody to otrzymamy $35 g$ roztworu o stężeniu $20 %$ .

Krok $III .$ Obliczamy ilości roztworu $HCl$ i wody potrzebne do otrzymania $100 g$ roztworu.

20 g roztworu o stężeniu 35 % — 35 g (20 %)

x - 100 g (20 %)

x = \frac{100 g \cdot 20 g}{35 g} = 57 g

masa H_{2} O = 100 g - 57 g = 43 g (43 {cm}^{3})

Krok $IV .$ Przeliczamy masę $HCl$ na objętość (ze wzoru na gęstość).

V_{HCl} = \frac{57 g}{1, 12 \frac{g}{{cm}^{3}}} = 51 {cm}^{3}

Krok $V .$ Do zlewki wlewamy $43 {cm}^{3}$ wody destylowanej, odmierzonej przy pomocy cylindra miarowego.

Krok $VI .$ Odmierzamy przy pomocy cylindra miarowego $51 {cm}^{3}$ stężonego $HCl$ i przenosimy ilościowo do zlewki z wodą.

Ćwiczenie 5

W jakim stosunku masowym należy zmieszać $10 %$ roztwór $HCl$ z $25 %$ roztworem tej samej substancji, aby otrzymać roztwór $15 %$ ?

RomB7GemnAO9j

Rozwiązanie oraz odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

RJRRaf5Ci0RoM

Można skorzystać z metody krzyżowej.

R1aSuA6pajVpi

\frac{m_{r 1}}{m_{r 2}} = \frac{C p_{x} - C p_{2}}{C p_{1} - C p_{x}}

Z podanego schematu wynika, że aby otrzymać roztwór $15 %$ należy zmieszać 5 części roztworu $25 %$ z $10$ częściami roztworu $10 %$ , czyli w stosunku masowym $1 : 2$ .

Słownik

zatężać

zmniejszać objętość roztworu przez odparowanie rozpuszczalnika

parować

1. przemiana cieczy w parę,

2. wydzielać wodę w postaci pary

stężenie

miara ilości substancji (indywiduum chemicznego) zawarta w mieszaninie

rozcieńczać

zmniejszać stężenie roztworu przez dodawanie rozpuszczalnika

szkiełko zegarowe

rodzaj szklanego sprzętu laboratoryjnego, o kształcie okrągłego fragmentu sfery

Bibliografia

Bielański A., Podstawy Chemii nieorganicznej, Warszawa $2010$ .

Galus Z., Ćwiczenia rachunkowe z chemii analitycznej, praca zbiorowa pod red. Z. Galusa , Warszawa $1996$ .

Pazdro K., Zbiór zadań z chemii dla szkół ponadgimnazjalnych, Warszawa $2003$ .

Waller M., Królowe Anglii, tłum. E. Jaczewska, R. Januszewski, Warszawa $2018$ .

Wprowadzenie

Wirtualne laboratorium – S

Stężenie ma znaczenie

Stężenie procentowe

Wyprowadzenie wzoru za pomocą proporcji

Zmiana stężenia procentowego roztworu

Mieszanie i rozcieńczanie roztworów

Słownik

Bibliografia