Stężenie procentowe roztworu
Dla pracowników odpowiedzialnych za procesy technologiczne w różnych gałęziach przemysłu, wiedza na temat zawartości niektórych składników w wykorzystywanych półproduktach i produktach, jest bardzo ważna. Użycie nieodpowiedniej ilości substancji może prowadzić do otrzymania niewłaściwego produktu końcowego i spowodować straty finansowe. Dlatego podczas wytwarzania różnych artykułów przemysłowych, leków, żywności i innych materiałów, ilość wykorzystanych składników jest ściśle kontrolowana. W tym module zapoznasz się z jednym z często stosowanych sposobów określania zawartości substancji rozpuszczonej w roztworze.
Stężenie roztworu danej substancji jest często istotne ze względu na jego zastosowanie. Woda utleniona, którą być może masz w domowej apteczce, oraz żrący perhydrol, to wodne roztwory tej samej substancji – nadtlenku wodoru. Na zdjęciu efekt kontaktu ludzkiej skóry z perhydrolem.
szkło i sprzęt wykorzystywane w laboratorium chemicznym;
definicję roztworu właściwego;
przykłady substancji chemicznych pełniących rolę rozpuszczalnika w roztworach ciekłych;
definicję pojęcia gęstość.
obliczać stężenie procentowe roztworu na podstawie jego masy lub masy rozpuszczalnika i masy substancji rozpuszczonej;
szacować masę roztworu na podstawie stężenia procentowego roztworu i masy substancji rozpuszczonej;
określać masę substancji rozpuszczonej na podstawie stężenia procentowego i masy roztworu;
obliczać masę wskazanej objętości roztworu na podstawie jego gęstości;
obliczać zawartość substancji rozpuszczonej w określonej jednostce objętości roztworu.
projektować doświadczenia chemiczne pozwalające na otrzymanie roztworu o określonej masie i stężeniu procentowym
1. Stężenie procentowe roztworu
Określenia: roztwór stężonyroztwór stężony, roztwór rozcieńczonyroztwór rozcieńczony lub roztwór nasyconyroztwór nasycony informują tylko, czy danej substancji rozpuszczonej w roztworze jest dużo, czy mało. Czasami potrzebne jest dokładne podanie jej zawartości. Istnieje kilka sposobów przedstawiania składu roztworu, czyli jego stężenia. Jednym z nich jest stężenie procentowestężenie procentowe. Określa ono, ile części masowych (wagowych) rozpuszczonej substancji znajduje się w częściach masowych (wagowych) roztworu.
Jeżeli stężenie procentowe roztworu (oznaczane skrótem – z ang. percentage concentration) równe jest , to oznacza, że w roztworu znajduje się substancji rozpuszczonej:
Stężenie procentowe można obliczyć, korzystając z wzoru:
w którym poszczególne symbole oznaczają:
– stężenie procentowe;
– masę substancji;
– masę roztworu.
Przypomnijmy, że masa roztworu () jest sumą masy rozpuszczalnika, najczęściej wody () i masy rozpuszczonej w nim substancji ():
Wielkość | Oznaczenie wielkości | Wartość |
---|---|---|
Stężenie procentowe | ||
Masa substancji | ||
Masa roztworu | ||
Masa rozpuszczelnika |
2. Obliczanie stężenia procentowego roztworu
Jeśli znamy masę rozpuszczalnika lub masę roztworu oraz masę rozpuszczonej substancji, możemy wyznaczyć stężenie procentowe roztworu. Przy wszystkich obliczeniach musimy pamiętać o jednostkach masy, które zawsze wstawiamy do wzoru.
Oblicz stężenie procentowe roztworu cukru, jeśli roztworu zawiera tej substancji. Następnie obejrzyj film i sprawdź swoje rozwiązanie.
Oblicz stężenie procentowe roztworu chlorku sodu, który powstał po rozpuszczeniu tej substancji w wody. Wynik podaj z dokładnością do drugiego miejsca po przecinku. Sprawdź odpowiedź. W przypadku wątpliwości przeanalizuj rozwiązanie zadania.
3. Obliczanie masy poszczególnych składników roztworu
Znając stężenie procentowego roztworu oraz jego masę, można obliczyć masę substancji rozpuszczonej. Podobnie, na podstawie informacji o stężeniu procentowym roztworu i masie zawartej w nim substancji rozpuszczonej, potrafimy określić masę roztworu. Przy obliczeniach można korzystać zarówno z odpowiedniej proporcji, jak i z odpowiednio przekształconego wzoru na stężenie procentowe.
Przekształć wzór wyrażający stężenie procentowe tak, aby można było wykorzystać go do obliczenia masy substancji i masy roztworu.
Oblicz, ile gramów wody należy dodać do cukru, aby otrzymać roztwór o stężeniu . Sprawdź odpowiedź. W przypadku wątpliwości przeanalizuj rozwiązanie zadania.
Oblicz, ile gramów siarczanu() miedzi() znajduje się w wodnego roztworu tej substancji o stężeniu . Sprawdź odpowiedź. W przypadku wątpliwości przeanalizuj rozwiązanie zadania.
Oblicz masę wodnego roztworu chlorku potasu o stężeniu , w którym znajduje się tej substancji. Oblicz masę wody, która znajduje się w tym roztworze. Sprawdź odpowiedź. W przypadku wątpliwości, przeanalizuj wyjaśnienie zadania.
4. Sporządzanie roztworu o określonym stężeniu procentowym
Aby przygotować roztwór o określonym stężeniu procentowym, należy znać masy jego składników: rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej. W tym celu należy wcześniej dokonać odpowiednich obliczeń. Obliczoną ilość substancji stałej (która w roztworze będzie stanowiła substancję rozpuszczoną) należy odważyć i dokładnie wymieszać z odmierzoną objętością ciekłego rozpuszczalnika. Objętość rozpuszczalnika możemy obliczyć, znając jego masę oraz gęstość.
Zapoznanie z czynnościami niezbędnymi do przygotowania roztworu o określonym stężeniu procentowym – procedura przygotowania wodnego roztworu chlorku sodu o stężeniu .
Zaprojektuj doświadczenie pozwalające na przygotowanie wodnego roztworu chlorku sodu (soli kuchennej) o stężeniu . Wypisz nazwy niezbędnego sprzętu laboratoryjnego oraz odczynników (substancji chemicznych). Następnie napisz, jakie czynności trzeba wykonać, żeby sporządzić opisany roztwór (zapisz instrukcję).
Oblicz masę substancji (wyrażoną w gramach) oraz objętość wody (wyrażoną w centymetrach sześciennych), niezbędne do przygotowania wodnego roztworu chlorku sodu o stężeniu . Załóż, że gęstość wody wynosi . Sprawdź swoją odpowiedź. W razie wątpliwości, przeanalizuj rozwiązanie.
Postępując zgodnie z zaproponowaną przez Ciebie instrukcją (po jej zweryfikowaniu z instrukcją przykładową zamieszczoną w sekcji „odpowiedź”), przeprowadź doświadczenie. Następnie obejrzyj film i sprawdź poprawność wykonywanych czynności laboratoryjnych.
5. Gęstość roztworu
GęstośćGęstość roztworu jest wielkością fizyczną i oznacza masę określonej jednostki objętości roztworu. Wartość ta zmienia się wraz z temperaturą. Jeśli roztwór ma gęstość równą oznacza to, że roztworu ma masę .
Gęstość roztworu możemy policzyć, korzystając z wzoru:
– masa roztworu
– objętość roztworu
Gęstość roztworu można wyrażać w różnych jednostkach, np.: , , . W naszych obliczenia będziemy stosować jednostkę .
Oblicz, jaką masę ma roztworu, którego gęstość wynosi . Wynik podaj w gramach, z dokładnością do drugiego miejsca po przecinku. Sprawdź odpowiedź. W przypadku wątpliwości, przeanalizuj rozwiązanie zadania.
Oblicz gęstość roztworu, którego ma masę . Wynik podaj z dokładnością do drugiego miejsca po przecinku. Sprawdź odpowiedź. W przypadku wątpliwości, przeanalizuj rozwiązanie zadania.
6. Powiązania między gęstością i stężeniem procentowym roztworu
Oblicz, ile gramów cukru znajduje się w roztworu o stężeniu , jeżeli jego gęstość wynosi .
Podsumowanie
Stężenie procentowe to informacja o tym, ile części masowych (wagowych) substancji rozpuszczonej znajduje się w częściach masowych (wagowych) roztworu.
Stężenie procentowe roztworu można obliczyć na podstawie masy roztworu i masy substancji rozpuszczonej, przy użyciu wzoru: .
Na podstawie stężenia procentowego i masy roztworu można obliczyć masę substancji rozpuszczonej: .
Stężenie procentowe roztworu można obliczyć na podstawie masy rozpuszczalnika i masy substancji rozpuszczonej, przy użyciu wzoru: .
Jeśli jest znana gęstość roztworu, to jest możliwe ustalenie masy jego dowolnej objętości.
Wszystkie opisane powyżej obliczenia można wykonać z wykorzystaniem proporcji (zamiast podanych wzorów).
U dziecka uczulonego na jad osy wystąpił wstrząs anafilaktyczny po użądleniu przez owada. Ratunkiem było domięśniowe podanie roztworu adrenaliny. Lek ten jest dostępny w ampułkach, w roztworze -procentowym o gęstości . Podaje się go dzieciom w dawce na masy ciała. Zagrożone dziecko ważyło . Oblicz, jaką objętość () tego leku musiała podać pielęgniarka małemu pacjentowi, aby uratować życie.
Oblicz, ile roztworu adrenaliny musiałby otrzymać twój organizm, gdyby okazało się, że – z uwagi na gwałtowną reakcję na alergen – twoje życie byłoby zagrożone.
Słownik
wielkość fizyczna, w tym materiale definiowana jako stosunek masy pewnej ilości substancji lub roztworu (homogenicznej mieszaniny substancji) do zajmowanej przez nią objętości; wyrażamy ją wzorem:
liczba gramów substancji rozpuszczonej w 100 g roztworu (wyrażona w procentach)
roztwór, w którym znajduje się maksymalna liczba gramów substancji rozpuszczonej, jaka wynika z jej rozpuszczalności w podanych warunkach temperatury i ciśnienia
roztwór, w którym ilość substancji rozpuszczonej jest taka sama lub niewiele mniejsza od masy substancji w roztworze nasyconym
roztwór, w którym ilość substancji rozpuszczonej jest znacząco mniejsza od ilości rozpuszczalnika
Ćwiczenia
Oblicz, ile gramów wody i ile gramów cukru należy zmieszać ze sobą, aby otrzymać syropu o stężeniu .
Zaprojektuj doświadczenie pozwalające na przygotowanie wodnego roztworu cukru (sacharozy) o stężeniu . W tym celu wypisz nazwy niezbędnego sprzętu laboratoryjnego oraz odczynników (substancji chemicznych); wykonaj odpowiednie obliczenia, a następnie napisz, jakie czynności trzeba wykonać, żeby sporządzić opisany roztwór (zapisz instrukcję).
Przeczytaj poniższy tekst i odpowiedz własnymi słowami, w jaki sposób można zmienić stężenie roztworu.
„Often in informal, non‑technical language, concentration is described in a qualitative way, through the use of adjectives such as „dilute” for solutions of relatively low concentration and „concentrated” for solutions of relatively high concentration. To concentrate a solution, one must add more solute (for example, alcohol), or reduce the amount of solvent (for example, water). By contrast, to dilute a solution, one must add more solvent, or reduce the amount of solute.”
Źródło: Wikipedia – Concentration
Bibliografia
Encyklopedia PWN.
Kaznowski K., Pazdro K. M., Chemia. Podręcznik do liceów i techników, cz. 1, Warszawa 2019.
Litwin M., Styka‑Wlazło Sz., Szymońska J., To jest chemia 1. Chemia ogólna i nieorganiczna. Zakres rozszerzony, Warszawa 2012.