شیمی , علوم پایه 2454 بازدید

برای تعریف دقیق یک محلول، بهتر است غلظت آن را بیان کنیم. به عبارت دیگر باید ذکر کنیم که چه میزان حل‌شونده در مقدار مشخصی حلال، حل شده است. عباراتی مانند «رقیق» یا «غلیظ» به منظور توصیف مقدار ماده حل شده در محلول‌ها بکار می‌روند. اما این عبارات، نسبی هستند و معنای دقیقی بدست نمی‌دهند.

مقدمه

غلظت، معیاری برای سنجش میزان اختلاط یک ماده، در ماده‌ای دیگر است. محلو‌ل‌ها می‌توانند رقیق یا غلیظ باشند. به طور مثال وقتی می‌گوییم سرکه، محلول ۵ درصد استیک اسید در آب است، در حقیقت غلظت آن را ذکر کرده‌ایم. اگر این میزان به ۱۰ درصد افزایش پیدا کند، محلول مورد نظر غلیظ‌تر از سرکه است.

غلظت
غلظت محلول سمت چپ بیشتر از سمت راست است.

یک محلول غلیظ، محلولی است که مقادیر زیادی از حل شونده در مقدار مشخصی از حلال در آن حضور دارند. در مقابل، محلول رقیق، محلولی است که مقادیر حل‌شونده در آن برای مقدار مشخصی از حلال، کم باشد.

همانطور که اشاره شد، عبارات غلیظ و رقیق برای توصیف کیفی محلول‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند اما نیاز داریم تا روش‌هایی برای توصیف کمی محلول‌ها پیدا کنیم.

درصد جرمی

روش‌های مختلفی برای توصیف غلظت یک محلول از طریق درصد وجود دارد. درصد جرمی (جرم/جرم) به صورت جرم حل‌شونده به جرم محلول توصیف می‌شود:

۱۰۰ × جرم محلول \ جرم حل‌شونده = درصد جرمی

جرم حل‌شونده + جرم حلال = جرم محلول

اگر بتوانید جرم‌های حل‌شونده و حلال را اندازه‌گیری کنید، تعیین درصد جرمی ساده است. فراموش نکنید که هر کدام از اجزا باید با یک واحد تعریف شوند تا غلظت مورد نظر عدد درستی باشد.

مثال

فرض کنید محلولی با حل کردن ۲۵ گرم شکر در ۱۰۰ گرم آب تهیه کرده‌ایم. جرم محلول عبارتست از:

۱۲۵ گرم = ۱۰۰ گرم آب + ۲۵ گرم شکر

درصد جرمی محلول نیز به صورت زیر محاسبه می‌شود:

محلول شکر ۲۰٪ = ۱۰۰ × (۱۲۵ گرم محلول / ۲۵ گرم شکر) = درصد جرمی

غلظت

استفاده از درصد جرمی در محاسبات

در مواقعی ممکن است بخواهید محلولی با درصد جرمی مشخص بسازید و نیاز به محاسبه میزان مورد نیاز جرم ماده حل شونده داشته باشید. درصد جرمی را می‌توان به عنوان ضریب تبدیل با شکل زیر در نظر گرفت:

گرم حل‌شونده / ۱۰۰ گرم محلول یا ۱۰۰ گرم محلول / گرم حل‌شونده

به طور مثال، اگر نیازمند تهیه ۳۰۰۰ گرم از یک محلول ٪۵ سدیم کلرید باشید، نیاز به تعیین جرم حل‌شونده دارید:

  • معلوم: ۳۰۰۰ گرم محلول $$NaCl$$ ٪۵
  • مجهول: جرم حل شونده = ؟ گرم $$NaCl$$
  • ضریب تبدیل = ۱۰۰ گرم محلول $$NaCl$$ / 5گرم$$NaCl$$

برای حل این مثال کافی است تا جرم محلول در ضریب تبدیل ضرب شود:

غلظت

غلظت

مولاریته

«مولاریته» (Molarity)، معمول‌ترین واحد غلظت در محلول‌ها و همچنین به دلیل اینکه این واحد، استوکیومتری واکنش‌ها را نیز شامل می‌شود، استفاده از آن بسیار پرکاربرد است. مولاریته $$(M)$$ به صورت تعداد مول حل شونده در ۱ لیتر محلول تعریف و به طور مشابه، این واحد به صورت میلی‌مول حل‌شونده به ۱ میلی‌لیتر محلول نیز تعریف می‌شود.

در نتیجه واحد مولاریته، مول بر لیتر $$(mol / L)$$ است که به اختصار با حرف $$M$$ نمایش داده می‌شود. به طور مثال،‌ ۱ مول ساکاروز (۳۴۲ گرم) در میزان کافی از آب که در نهایت حجم یک لیتر از محلول را بدست دهد دارای غلظت $$۱ m o l / L$$ یا ۱ مولار است. در شیمی، برای نمایش غلظت محلول‌ها از کروشه استفاده می‌کنند. به طوریکه فرمول مولکولی یا نام ماده در داخل کروشه قرار بگیرد. مانند مثال زیر:

$$۱ M$$ = [ساکاروز]

خوانش مثال بالا به این صورت است: غلظت ساکاروز، ۱ مولار است.

رابطه بین حجم، مولاریته و مول به شکل زیر قابل تعریف است:

$$V _ { L } M _ { m o l / L } = \not L \left( \frac { m o l } { \not L } \right) = moles$$

غلظت‌ها در آزمایشگاه معمولا بر اساس نسبت‌های جرم به جرم $$( m / m )$$ یا جرم به حجم بیان می‌شوند.

غلظت

واحد‌های دیگر

در جدول زیر، واحدهای غلظت، نماد و نحوه محاسبه آن آورده شده است:

نام نماد تعریف 
مولاریته $$(M)$$ تعداد مول حل‌شونده به یک لیتر محلول
غلظت جرمی $$(kg / m^3)$$ یا $$(g / L)$$ تعداد مول حل‌شونده به حجم محلول
نرمالیته $$(N)$$ گرم حل‌شونده به یک لیتر محلول
مولالیته $$(m)$$ تعداد مول حل‌شونده به تعداد مول حلال
درصد جرمی $$\%$$ جرم حل‌شونده به جرم محلول ضربدر ۱۰۰
غلظت حجمی بدون واحد حجم حل‌شونده به حجم مخلوط
عدد غلظت $$(۱/ m^ 3)$$ تعداد ذرات (اتم، مولکول و …) یک ترکیب به کل حجم مخلوط
درصد حجمی $$(v/v\ \%)$$ حجم حل‌شونده به حجم محلول ضربدر ۱۰۰
کسر مولی $$(mol / mol)$$ تعداد مول حل‌شونده به کل مول‌ها در مخلوط
نسبت مولی $$(mol / mol)$$ تعداد مول حل شونده به تعداد کل مو‌ل‌ها (به جز حل‌شونده) در مخلوط
کسر جرمی $$(kg/ kg)$$ جرم یک جزء به جرم کل مخلوط
نسبت جرمی $$(kg/ kg)$$ جرم حل‌شونده به جرم کل (به جز حل‌شونده)
قسمت در میلیون $$(ppm)$$
قسمت در میلیارد $$(ppb)$$

برخی واحدها ممکن است به یکدیگر تبدیل شوند اما در تبدیل واحدها بهتر است که واحدهای حجمی به جرمی تبدیل نشوند چراکه حجم از دما تاثیر می‌گیرد.

تعریف سخت‌گیرانه غلظت

در برخی متون علمی، همه واحدهای ارایه شده در بالا به عنوان تعریف غلظت در نظر گرفته نمی‌شوند بلکه تنها غلظت جرمی، غلظت مولی و غلظت حجمی به عنوان واحدهای صحیح در بیان این کمیت توصیه شده‌اند.

غلیظ در مقابل رقیق

همانطور که گفته شد،‌ عباراتی همچون غلیظ و رقیق نیز در توصیف کیفی محلو‌ل‌ها بکار می‌روند. یک محلول غلیظ، تا جایی که می‌تواند در خود ماده حل‌شونده دارد. شیمیدانها ترجیح می‌دهند به این نوع از محلول‌ها نام «اشباع» (Saturated) را اختصاص بدهند. در مقابل، برای تعداد کم ذرات حل‌شونده در محلول از عبارت رقیق استفاده می‌کنند.

برای غلیظ کردن یک محلول،‌ باید مقدار بیشتری از حل‌شونده در داخل آن حل شود یا اینکه مقادیری از حلال کم شود. اگر محلول، فرار نباشد،‌ با تبخیر یا جوشاندن، می‌توان آن را غلیظ کرد.

به منظور رقیق‌سازی محلول‌ها می‌توان به محلول‌های غلیظ،‌ حلال اضافه کرد. تبدیل محلول‌های غلیظ، به محلول‌های رقیق‌تر، یک روش معمول در آماده‌سازی محلول‌ها است. همچنین این روش، نتیجه دقیق‌تری در مقابل با به غلظت رساندن محلول‌های رقیق دارد؛ چراکه سنجش مقادیر کم از حل‌شونده دشوار خواهد بود.

غلظت

غلظت یون‌ها در محلول

برای توضیح غلظت یون‌ها در یک محلول، واکنش حل شدن آمونیوم دی‌کرومات را در آب نظر بگیرید:

$$(NH_4 )_2 Cr_2 O_7 (s) \xrightarrow {H_2 O(l)} 2NH_4^+ (aq) + Cr_2 O_7^{2-} (aq)\label{4.5.5}$$

آمونیوم دی‌کرومات به عنوان ترکیبی یونی شناخته می‌شود که در هر مول از واحد فرمولی خود شامل یون‌های $$Cr_2O_7 ^ {2-}$$ و $$N H _ 4 ^ +$$ است. همانند دیگر ترکیبات یونی، این ترکیب نیز در دسته‌بندی الکترولیت‌های قوی قرار می‌گیرد که به هنگام حل شدن در محلول آبی به یون‌های تشکیل دهنده خود تفکیک می‌شود. در نتیجه، طبق واکنش بالا، هر مول آمونیوم دی‌کرومات به هنگام حل شدن در آب، یک مول $$Cr_2O_7 ^ {2-}$$ و ۲ مول $$N H _ 4 ^ +$$ تولید می‌کند.

غلظت

بنابراین، به هنگام محاسبات غلظت یون‌ها در یک محلول باید واحد فرمولی آن و همچنین واکنش انحلال آن‌را بدانیم. به طور مثال، به هنگام انحلال آمونیوم دی‌کرومات در آب، هر مول از آن به هنگام حل شدن، ۳ مول یون محلول در آب تولید می‌کند، یعنی اگر محلولی با غلظت $$۱.۴۳ M$$ از آمونیوم دی‌کرومات داشته باشیم، غلظت کل یون‌های محلول عبارتست از:

$$۳ \times 1.43 \ M = 4.29 \ M$$

اگر این مطلب برای شما مفید بوده‌ است،‌ آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

^^

telegram
twitter

سهیل بحر کاظمی

«سهیل بحرکاظمی» فارغ‌التحصیل رشته مهندسی نفت، گرایش مهندسی مخازن هیدروکربوری از دانشگاه علوم و تحقیقات تهران است. به عکاسی و شیمی آلی علاقه‌مند است و در زمینه‌ متون شیمی به تولید محتوا می‌پردازد.

بر اساس رای ۱ نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

یک نظر ثبت شده در “غلظت محلول ها — به زبان ساده

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *