В химии раствором называют однородную смесь двух и более веществ. Молярный раствор — это тип химического раствора, концентрация которого выражается в молях растворенного вещества на литр раствора. Эта концепция имеет основополагающее значение при изучении химии, особенно при проведении лабораторных экспериментов и химических реакций.
Прежде чем углубляться в молярные растворы, важно понять, что такое родинка. Моль — это единица измерения, используемая в химии для выражения количества химического вещества. Один моль определяется как ровно \(6.022 \times 10^{23}\) объектов (атомов, молекул, ионов или других частиц).
Первым шагом в приготовлении молярного раствора является расчет молярной массы растворенного вещества. Молярная масса — это масса одного моля вещества и выражается в граммах на моль (г/моль). Его можно рассчитать, суммируя атомные массы всех атомов молекулы.
Например, молярная масса воды (H2O) рассчитывается путем сложения атомных масс двух атомов водорода и одного атома кислорода, что равно \(2 \times 1.008\) г/моль для водорода плюс \(16.00\) г/. моль кислорода, что дает общую молярную массу \(18.016\) г/моль.
После определения молярной массы следующим шагом будет приготовление молярного раствора. Чтобы приготовить 1 М (один молярный) раствор вещества, нужно растворить молярную массу вещества в растворителе, достаточном для получения одного литра раствора.
Например, чтобы приготовить 1 М раствор хлорида натрия (NaCl), молярная масса которого равна \(58.44\) г/моль, нужно растворить \(58.44\) грамма NaCl в воде, достаточной для получения конечного объема. одного литра.
Концентрацию раствора часто выражают в молях на литр (М). Формула для расчета молярности (М) раствора:
\(M = \frac{\textrm{моль растворенного вещества}}{\textrm{литры раствора}}\)Например, если \(0.5\) моль глюкозы (сахара) растворить в \(2\) литрах воды, концентрация раствора глюкозы будет равна:
\(M = \frac{0.5}{2} = 0.25\; M\)Это означает, что раствор глюкозы имеет концентрацию \(0.25\) моль на литр или \(0.25\) М.
Разбавление — это процесс уменьшения концентрации растворенного вещества в растворе, обычно за счет добавления большего количества растворителя. Связь между начальной и конечной концентрациями и объемами может быть выражена как:
\(C_1V_1 = C_2V_2\)где \(C_1\) и \(C_2\) — начальная и конечная концентрации соответственно, а \(V_1\) и \(V_2\) — начальный и конечный объёмы соответственно. Эта формула полезна при расчете количества растворителя, необходимого для достижения желаемой концентрации.
Например, чтобы разбавить раствор \(2\) M соляной кислоты до \(1\) M, увеличив его объём вдвое, вы должны использовать формулу \(C_1V_1 = C_2V_2\) . Предполагая, что \(V_1\) равно \(1\) литру, чтобы найти \(V_2\) , вы преобразуете формулу в \(V_2 = \frac{C_1V_1}{C_2}\) . Подставив значения, получим: \(V_2 = \frac{2 \times 1}{1} = 2\; \textrm{литры}\)
Это означает, что вам нужно будет добавить дополнительный \(1\) литр растворителя к \(1\) литру \(2\) M раствора соляной кислоты, чтобы достичь конечной концентрации \(1\) M.
Представьте, что вы проводите эксперимент, для которого требуется \(0.1\) М раствор серной кислоты (H₂SO₄), и вам нужно приготовить \(500\) мл этого раствора. Сначала вычислите молярную массу серной кислоты, которая равна \(2 \times 1.008 + 32.07 + 4 \times 16.00 = 98.08\) г/моль. Чтобы найти количество H₂SO₄, необходимое для раствора \(0.1\) M:
\(M = \frac{\textrm{моль растворенного вещества}}{\textrm{литры раствора}} \implies \textrm{моль растворенного вещества} = M \times \textrm{литры раствора}\)Поскольку объем должен быть в литрах, преобразуйте \(500\) мл в \(0.5\) литра. Затем,
\(\textrm{моль растворенного вещества} = 0.1 \times 0.5 = 0.05\; \textrm{родинки}\)Чтобы найти необходимую массу H₂SO₄, умножьте количество молей на молярную массу:
\(\textrm{масса} = \textrm{родинки} \times \textrm{молярная масса} = 0.05 \times 98.08 = 4.904\; \textrm{граммы}\)Растворите \(4.904\) грамма серной кислоты в таком количестве воды, чтобы получился \(500\) мл раствора. Этот процесс показывает, как молярность, объемы и молярная масса используются в практических лабораторных условиях для приготовления конкретных растворов, необходимых для экспериментов.
Молярные растворы имеют решающее значение в химии по нескольким причинам:
В заключение отметим, что молярность — фундаментальное понятие в химии, которое предполагает расчет концентрации растворов. Понимая, как рассчитывать и готовить молярные растворы, химики могут с большой точностью контролировать условия своих экспериментов, что приводит к значимым научным открытиям и достижениям.
