Глава 1. РАСТВОРЫ

1.1. СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ

Изучение данной темы способствует формированию следующих компетенций: ОК-1, ПК-2, ПК-3.

Теоретическое пояснение: количественный состав растворов выражают концентрацией и дольными способами. Под концентрацией раствора понимают содержание растворённого вещества (в г или моль) в единице массы или объёма раствора или растворителя.

Различают приближённые и точные способы. К приближённым относятся понятия разбавленный, концентрированный, ненасыщенный, насыщенный и пересыщенный растворы. К точным способам выражения концентрации относятся:

Массовая доля растворённого вещества w(Х) представляет собой отношение массы растворённого вещества m(X) к массе раствора m(p-pа): ; это безразмерная величина, выражаемая в долях единицы, в сотых долях или процентах (%), в тысячных долях или промилле (%о), в миллионных долях или в млн ^{- 1}. Например, w(Х) = 0,005 = 0,5% = 5 %о = 5000 млн^-1.

В медицинской литературе массовую долю принято выражать в грамм-процентах (г%) (равнозначно процентам), миллиграмм-процентах (мг% или 10^-3 г%) и в микрограмм-процентах (мкг%или 10^-6 г%). Таким образом, w(Х) = 0,005 = 0,5% = 0,5 г% = 500 мг% = 500000 мкг%. Например, 5%-ный раствор - это пятипроцентный раствор или раствор с массовой долей растворённого вещества, равной 5% или 0,05.

Молярная (мольная) доля c(X) представляет собой отношение количества вещества компонента раствора n(X _i) к общему количеству всех компонентов Sn(X _i), составляющих раствор: . Это безразмерная величина, выражаемая в долях единицы или процентах.

Объёмная доля j(X) представляет собой отношение объёма компонента раствора (жидкости) V(X) к общему объёму раствора (смеси жидкостей) V(р-р): . И эта безразмерная величина может выражаться как в долях единицы, так и в процентах.

Молярная концентрация С(Х) представляет собой отношение количества вещества компонента раствора n(X) к объёму раствора V(р-р):

; размерность - моль/л. Например, 0,1 М раствор означает децимолярный раствор или раствор с молярной концентрацией растворённого вещества, равной 0,1 моль/л.

Молярная концентрация эквивалента (или нормальная концентра-ция) представляет собой отношение количества вещества эквивалента в растворе n() к объёму раствора: ; размерность - моль/л.

Понятие «эквивалент вещества» связано с конкретной реакцией, в которой вещество участвует. Эквивалент () - это реальная или условная частица вещества Х, которая в обменной реакции вступает в реакцию с одним протоном (ионом водорода) или замещает его в соединениях, или в окислительно-восста-новительной реакции отдает или присоединяет один электрон. Одноосновные кислоты и однокислотные основания всегда имеют единичный эквивалент (это реальная частица, молекула Х). В других случаях одно и тоже вещество может иметь несколько эквивалентов. Так, случае многоосновных кислот и многокислотных оснований, солей эквивалентом может быть реальная молекула Х или её какая-то часть (доля) - . Число, показывающее долю реальной частицы, эквивалентной одному иону водорода в реакциях кислотно-основного типа или одному электрону - в окислительно-восстановительных реакциях, называется фактором эквивалентности (f _экв.(Х) или ). Он определяется исходя из конкретной химической реакции.

Примеры определения эквивалентов различных веществ в различных реакциях приведены в таблицах 1 и 2.

Если кислотно-основная реакция протекает до конца, то при нахождении фактора эквивалентности кислот, оснований и солей следует учесть, что z - это основность кислоты или кислотность основания, а в случае солей - произведение числа атомов металла, образующего соль, на его валентность.

Если в химической реакции участвуют два вещества Х₁ и Х₂, то по закону эквивалентов количество эквивалента одного вещества n( ₁) равно количеству эквивалента второго вещества n( ₂), т.е.: n( ₁) = n( ₂).

По закону эквивалентов, если взаимодействуют растворы двух веществ V(p-р X₁) и V(p-p X₂) с нормальной концентрацией и , cоответственно и титром t(X₁) и t(X₂), то:

; .

Таблица 1

Определение эквивалента вещества в реакциях кислотно-основного типа.

Уравнение реакции	Эквивалент вещества Х или	Фактор эквива-лент-ности	Молярная масса эквивалента М()=
H3PO4 + 2KOH = K2HPO4 + 2H2O «Х» 2 эквивалента KOH	½ моль Н3РО4
H3PO4 + 3KOH = K3PO4 + 3H2O «Х» 3 эквивалента KOH	1/3 моль Н3РО4
Al2(SO4)3 + 4KOH = [Al(OH)2]2SO4 + K2SO4 «Х» 4 эквивалента KOH	¼ моль Al2(SO4)3
Mg(OH)2+H2SO4= (MgOH)2SO4 +2H2O 2 эквивалента	1 моль Mg(OH)2		M(Mg(OH)2 = 58 г/моль

Таблица 2.

Определение фактора эквивалентности и молярной массы эквивалента в окислительно-восстановительных реакциях

Уравнение реакции	Эквивалент вещества Х или	Фактор эквива-лент-ности	Молярная масса эквивалента М()=
I2 + 5Cl2 + 12KOH= 2KIO3 +10KCl + 6H2O   I2 + 5Cl2 + 12OH- = 2IO3- +10Cl-+6H2O I2 + 12OH--10e- = 2IO3- + 6H2O 1 «Х» 10 эквивалентов e- Cl2 + 2e- = 2Cl- 5 «Х» 2 эквивалента e-	1/10 моль I2   ½ моль Cl2
Cr2(SO4)3 + 3H2O2 + 10KOH = 2K2CrO4 + K2SO4 + 8H2O 2Cr3+ + 3H2O2 +10OH- = +4H2O 2Cr3+ +8OH--6e- = + 4H2O 1 «Х» 6 эквивалентов e- H2O2 + 2е- = 2ОH- 3 «Х» 2 эквивалента e-	1/6 моль Cr2(SO4)3   ½ моль Н2О2

Моляльность (моляльная концентрация) раствора в (Х) представляет собой отношение количества растворённого вещества v (X) к массе растворителя m(р-тель):

; размерность - моль/кг.

Титр (или массовая концентрация) t(X) представляет собой отношение массы растворённого вещества к объёму раствора:

; размерность - г/мл.

Формулы, позволяющие производить расчёт различных видов концентраций раствора приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Таблица 3.

Связь между различными способами выражения концентрации растворов.

Способ выражения концентрации, обозначение, размерность	Формула пересчёта
Молярная концентрация, С(Х), моль/л
Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация), С() или N, моль/л
z. C(X)
Титр, t(X), г/мл
Моляльная концентрация, в (Х) или Сm(X), моль/кг растворителя