- Загальні відомості
- Фактори, що впливають на молярну концентрацію
- одиниці
- Як знайти молярну концентрацію
- приклади
- застосування
- У фармацевтиці
Загальні відомості
Фактори, що впливають на молярну концентрацію
одиниці
Як знайти молярну концентрацію
приклади
застосування
У фармацевтиці
Загальні відомості
Один моль - це кількість речовини, в якому міститься така ж кількість атомів як в 12 грамах вуглецю-12, тобто 6 × 10²³ атомів.
Концентрацію розчину можна вимірювати різними способами, наприклад як відношення маси розчиненої речовини до загального об'єму розчину. У цій статті ми розглянемо молярна концентрація, яку вимірюють як відношення між кількістю речовини в молях до загального обсягу розчину. У нашому випадку речовина - це розчинна речовина, а обсяг ми вимірюємо для всього розчину, навіть якщо в ньому розчинені інші речовини. Кількість речовини - це число елементарних складових, наприклад атомів або молекул речовини. Так як навіть в малій кількості речовини зазвичай велике число елементарних складових, то для вимірювання кількості речовини використовують спеціальні одиниці, молі. Один моль дорівнює числу атомів в 12 г вуглецю-12, тобто це приблизно 6 × 10²³ атомів.
Використовувати молі зручно в разі, якщо ми працюємо з кількістю речовини настільки малим, що його кількість легко можна виміряти домашніми або промисловими приладами. Інакше довелося б працювати з дуже великими числами, що незручно, або з дуже маленькою вагою або об'ємом, які важко знайти без спеціалізованого лабораторного обладнання. Найчастіше при роботі з молями використовують атоми, хоча можливо використовувати і інші частинки, наприклад молекули або електрони. Слід пам'ятати, що якщо використовуються не атоми, то необхідно це вказати. Іноді молярна концентрація також називають молярна.
Слід не плутати молярность з молекулярний. На відміну від молярности, моляльність - це відношення кількості розчинної речовини до маси розчинника, а не до маси всього розчину. Коли розчинник - вода, а кількість розчинної речовини в порівнянні з кількістю води мало, то молярность і моляльність схожі за значенням, але в інших випадках вони зазвичай відрізняються.
Вага одного благаючи різних речовин. Його можна знайти за допомогою таблиці Менделєєва.
Фактори, що впливають на молярну концентрацію
Молярна концентрація залежить від температури, хоча ця залежність сильніше для одних і слабкіше для інших розчинів, в залежності від того, які речовини в них розчинені. Деякі розчинники при підвищенні температури розширюються. В цьому випадку, якщо розчинені в цих розчинниках речовини не розширюються разом з розчинником, то молярна концентрація всього розчину знижується. З іншого боку, в деяких випадках з підвищенням температури розчинник випаровується, а кількість розчинної речовини не змінюється - в цьому випадку концентрація розчину збільшиться. Іноді відбувається навпаки. Іноді зміна температури впливає на те, як розчиняється розчинна речовина. Наприклад, частина або всі розчинна речовина перестає розчинятися, і концентрація розчину зменшується.
одиниці
Молярна концентрація вимірюють в молях на одиницю об'єму, наприклад молях на літр або молях на кубічний метр. Моли на кубічний метр - це одиниця СІ. Молярность можна також вимірювати, використовуючи і інші одиниці об'єму.
Як знайти молярну концентрацію
Щоб знайти молярну концентрацію необхідно знати кількість і обсяг речовини. Кількість речовини можна обчислити, використовуючи хімічну формулу цієї речовини і інформацію про загальній масі цієї речовини в розчині. Тобто, щоб дізнатися кількість розчину в молях, дізнаємося з таблиці Менделєєва атомну масу кожного атома в розчині, а потім розділимо загальну масу речовини на загальну атомну масу атомів в молекулі. Перед тим, як складати разом атомну масу слід переконатися, що ми помножили масу кожного атома на кількість атомів в молекулі, яку ми розглядаємо.
Можна робити обчислення і в зворотному порядку. Якщо відома молярна концентрація розчину і формула розчинної речовини, то можна дізнатися кількість розчинника в розчині, в молях і грамах.
приклади
Знайдемо молярность розчину з 20 літрів води і 3-х столових ложок соди. В одній столовій ложці - приблизно 17 грам, а в трьох - 51 грам. Сода - це гідрокарбонат натрію, формула якого - NaHCO₃. У цьому прикладі ми будемо використовувати атоми для обчислення молярности, тому знайдемо атомну масу складових натрію (Na), водню (H), вуглецю (C) і кисню (O).
Na: 22.989769
H: 1.00794
C: 12.0107
O: 15.9994
Молярна концентрація 1 кубика цукру в чашці чаю дорівнює 0,049 благаючи на літр.
Так як кисень у формулі - O₃, то необхідно помножити атомну масу кисню на 3. Отримаємо 47,9982. Тепер складемо маси всіх атомів і отримаємо 84,006609. Атомну масу вказують в таблиці Менделєєва в атомних одиницях маси, або а. е. м. Наші обчислення теж в цих одиницях. Одна а. е. м. дорівнює масі одного благаючи речовини в грамах. Тобто, в нашому прикладі - маса одного моля NaHCO₃ дорівнює 84,006609 грама. У нашій задачі - 51 грам соди. Знайдемо молярну масу, розділивши 51 грам на масу одного моля, тобто на 84 грами, і отримаємо 0,6 благаючи.
Виходить, що наш розчин - це 0,6 благаючи соди, розчинені в 20 літрах води. Розділимо це кількість соди на загальний обсяг розчину, тобто 0,6 благаючи / 20 л = 0.03 моль / л. Так як в розчині використовували велику кількість розчинника і мала кількість розчинної речовини, то його концентрація мала.
Розглянемо ще один приклад. Знайдемо молярну концентрацію одного шматочка цукру в чашці чаю. Столовий цукор складається з сахарози. Спочатку знайдемо вага одного благаючи сахарози, формула якої - C₁₂H₂₂O₁₁. Використовуючи таблицю Менделєєва, знайдемо атомні маси і визначимо масу одного моля сахарози: 12 × 12 + 22 × 1 + 11 × 16 = 342 грам. В одному кубику цукру 4 грами, що дає нам 4/342 = 0,01 молей. В одній чашці близько 237 мілілітрів чаю, значить концентрація цукру в одній чашці чаю дорівнює 0,01 благаючи / 237 мілілітрів × 1000 (щоб перевести мілілітри в літри) = 0,049 моля на літр.
застосування
У стехиометрии визначають кількість речовин, які взаємодіють один з одним в хімічній реакції, а також кількість речовин, отриманих в результаті цієї реакції.
Молярна концентрація зручна: при однаковій температурі і тиску один моль різних газів займає однаковий об'єм, і це властивість можна використовувати в різних обчисленнях.
Молярна концентрація широко використовують в обчисленнях, пов'язаних з хімічними реакціями. Розділ хімії, в якому розраховують співвідношення між речовинами в хімічних реакціях і часто працюють з молями, називається стехіометрією. Молярна концентрація можна знайти за хімічною формулою кінцевого продукту, який потім стає розчинним речовиною, як в прикладі з розчином соди, але можна також спочатку знайти цю речовину за формулами хімічної реакції, під час якої воно утворюється. Для цього потрібно знати формули речовин, що беруть участь в цій хімічної реакції. Вирішивши рівняння хімічної реакції, дізнаємося формулу молекули речовини, що розчиняється, а потім знайдемо масу молекули і молярна концентрація за допомогою таблиці Менделєєва, як в прикладах вище. Звичайно, можна робити обчислення і в зворотному порядку, використовуючи інформацію про молярної концентрації речовини.
Коли нам відомі речовини, які вступають в хімічну реакцію один з одним, ми можемо дізнатися формулу, вирішивши рівняння для хімічної реакції. Додавши отримане в цій реакції речовина в розчин, можна знайти молярну концентрацію, як в попередніх прикладах.
Розглянемо простий приклад. На цей раз змішаємо соду з оцтом, щоб побачити цікаву хімічну реакцію. І оцет, і соду легко знайти - напевно вони є у вас на кухні. Як уже згадувалося вище, формула соди - NaHCO₃. Оцет - це не чиста речовина, а 5% розчин оцтової кислоти у воді. Формула оцтової кислоти - CH₃COOH. Концентрація оцтової кислоти в оцті може бути більше або менше 5%, в залежності від виробника і країни, в якій вона зроблена, так як в різних країнах концентрація оцту різна. В цьому експерименті можна не турбуватися про хімічні реакції води з іншими речовинами, так як вода не реагує з содою. Нам важливий тільки обсяг води, коли пізніше ми будемо обчислювати концентрацію розчину.
Спочатку вирішимо рівняння для хімічної реакції між содою і оцтовою кислотою:
Продукт реакції - H₂CO₃, речовина, яке через низьку стабільності знову вступає в хімічну реакцію.
В результаті реакції отримуємо воду (H₂O), вуглекислий газ (CO₂) і ацетат натрію (NaC₂H₃O₂). Змішаємо отриманий ацетат натрію з водою і знайдемо молярну концентрацію цього розчину, так само, як перед цим ми знаходили концентрацію цукру в чаї і концентрацію соди у воді. При обчисленні обсягу води необхідно враховувати і воду, в якій розчинена оцтова кислота. Ацетат натрію - цікаве речовина. Його використовують в хімічних грілках, наприклад в грілках для рук.
Використовуючи стехіометрію для обчислення кількості речовин, що вступають в хімічну реакцію, або продуктів реакції, для яких ми пізніше будемо знаходити молярна концентрація, слід зауважити, що тільки обмежена кількість речовини може вступати в реакцію з іншими речовинами. Це також впливає на кількість кінцевого продукту. Якщо молярна концентрація відома, то, навпаки, можна визначити кількість вихідних продуктів методом зворотного розрахунку. Цей метод нерідко використовують на практиці, при розрахунках, пов'язаних з хімічними реакціями.
При використанні рецептів, будь то в кулінарії, в виготовленні ліків, або при створенні ідеального середовища для акваріумних рибок, необхідно знати концентрацію. У повсякденному житті найчастіше зручніше використовувати грами, але в фармацевтиці та хімії частіше використовують молярну концентрацію.
При виготовленні ліків, які контактують з мембранами в організмі, наприклад при виготовленні очних крапель, необхідно врівноважити осмотичну концентрацію ліки з концентрацією рідини в організмі. Якщо цього не зробити, то через різницю в осмотической концентрації рідина почне пересуватися через мембрану, що може викликати ускладнення.
У фармацевтиці
При створенні ліків молярна концентрація дуже важлива, так як від неї залежить, як ліки впливає на організм. Якщо концентрація занадто висока, то ліки можуть бути навіть смертельні. З іншого боку, якщо концентрація занадто мала, то ліки неефективно. Крім цього, концентрація важлива при обміні рідин через клітинні мембрани в організмі. При визначенні концентрації рідини, яка повинна або проходити, або, навпаки, не проходити через мембрани, використовують або молярна концентрація, або з її допомогою знаходять осмотичну концентрацію. Осмотичну концентрацію використовують частіше, ніж молярну. Якщо концентрація речовини, наприклад ліки, вище з одного боку мембрани, в порівнянні з концентрацією з іншого боку мембрани, наприклад, всередині ока, то більш концентрований розчин переміститься через мембрану туди, де концентрація менше. Такий потік розчину через мембрану нерідко проблематичний. Наприклад, якщо рідина переміщається всередину клітини, наприклад, в кровоносну клітку, то можливо, що через це переповнення рідиною мембрана буде пошкоджена і розірветься. Витік рідини з клітки теж проблематична, так як через це порушиться працездатність клітини. Будь-яке викликане медикаментами протягом рідини через мембрану із клітки або в клітку бажано запобігти, і для цього концентрацію ліків намагаються зробити схожою на концентрацію рідини в організмі, наприклад в крові.
Пацієнт отримує ліки методом внутрішньовенного вливання з крапельниці.
Варто зауважити, що в деяких випадках молярна і осмотическая концентрація рівні, але це не завжди так. Це залежить від того, розпалося чи розчинена у воді речовина на іони в процесі електролітичноїдисоціації. Обчислюючи осмотичну концентрацію, враховують частки в загальному, в той час як при обчисленні молярної концентрації враховують тільки певні частки, наприклад молекули. Тому якщо, наприклад, ми працюємо з молекулами, але речовина розпалася на іони, то молекул буде менше загального числа частинок (включаючи і молекули і іони), і значить і молярна концентрація буде нижче осмотичної. Щоб перевести молярна концентрація в осмотичну, потрібно знати фізичні властивості розчину.
У виготовленні лікарських препаратів фармацевти також враховують тонічність розчину. Тонічність - властивість розчину, яке залежить від концентрації. На відміну від осмотичної концентрації, тонічність - це концентрація речовин, які не пропускає мембрана. Процес осмосу змушує розчини з більшою концентрацією переміщатися в розчини з меншою концентрацією, але якщо мембрана запобігає це рух, не пропускаючи через себе розчин, то виникає тиск на мембрану. Такий тиск зазвичай проблематично. Якщо ліки призначене для того, щоб проникнути в кров або іншу рідину в організмі, то необхідно врівноважити тонічність цих ліків з тонічності рідини в організмі, щоб уникнути осмотичного тиску на мембрани в організмі.
Щоб врівноважити тонічність, лікарські препарати нерідко розчиняють у фізіологічному розчині. Ізотонічний розчин - це розчин харчової солі (NaCL) в воді з такою концентрацією, яка дозволяє врівноважити тонічність рідини в організмі і тонічність суміші цього розчину і ліки. Зазвичай ізотонічний розчин зберігають в стерильних контейнерах, і вливають його внутрішньовенно. Іноді його використовують в чистому вигляді, а іноді - як суміш з ліками.
література
Автор статті: Kateryna Yuri
Ви маєте труднощі в перекладі одиниці виміру з однієї мови на іншу? Колеги готові вам допомогти. Опублікуйте питання в TCTerms і протягом декількох хвилин ви отримаєте відповідь.
