Количественный состав растворов принято выражать через молярную и моляльную концентрацию.

1. Массовая доля - ω _{( В )} - отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора, выраженное в долях единицы или процентах.

ω_(В) = ,                                                (1)

где   ω_(В) – массовая доля вещества;

   m_(В) – масса растворенного вещества, г;

    m_(р-ра) – масса раствора, г.

ω_(В) =                                              (2)

m _(в)= ,                                              (3)

где m_(в) - масса растворенного вещества, г;

    V - объем раствора, мл;

     ρ – плотность раствора, г/мл.

Массовая доля вещества, выраженная в процентах (процентная концентрация), показывает число единиц массы вещества (г), содержащееся в 100 единицах массы раствора (г).

Например: 5% - ный раствор содержит 5 г растворенного вещества в 100 г раствора.

2. Молярная концентрация - С_в - отношение количества растворенного вещества к объему раствора.

Показывает число молей растворенного вещества в 1 л раствора.

Единицы измерения: моль/л.

С_в= = ,                                            (4)

где С_в – молярная концентрация вещества, моль/л;

    m_(в) – масса растворенного вещества, г;

    М_(в) – молярная масса растворенного вещества, г/моль;

    V – объем раствора, л;

    ν_(В) – количество растворенного вещества, моль.

Раствор, 1 л которого содержит 1 моль растворенного вещества, называют молярным (М).

Растворы, 1 л которых содержит 0,1; 0,01; 0,001 моль растворенного вещества, соответственно называют децимолярными (0,1 М); сантимолярными (0,01 М) и миллимолярными (0,001 М).

Примечание: вместо обозначения молярной концентрации моль/л допускается обозначение буквой М.

3. Моляльная концентрация (моляльность) - С _m - отношение количества растворенного вещества (моль) к массе растворителя (кг).

Единицы измерения: моль/кг.

                                                         (5)

где С  – моляльная концентрация раствора, моль/кг;

    m_(в) – масса растворенного вещества, г;

   М_(в) – молярная масса растворенного вещества, г/моль.

   m_р-ля – масса растворителя, кг.

4. Нормальная концентрация - С_н - отношение количества вещества эквивалента, содержащегося в растворе, к объему раствора.

Единицы измерения: моль/л.

С _н= ,                                            (6)

где С_н – нормальная концентрация вещества, моль/л;

   m_(в) – масса растворенного вещества, г;

   М_э(в) – молярная масса эквивалента растворенного вещества, г/моль;

   V – объем раствора, л.

М_э(в)= М(_в) ∙ f _{экв ,}                                      (7)

где М(_в) – молярная масса вещества (г/моль);

   f _экв – фактор эквивалентности.

Фактор эквивалентности ( f _экв ) - показатель, отражающий долю реальной частицы вещества, эквивалентной одному атому водорода в кислотно-основной реакции или одному электрону в окислительно-восстановительной реакции.

 f_экв=1/Z,                                                     (8)

где Z – число эквивалентности.

Для кислот и оснований число эквивалентности Z равно их основности (числу ионов водорода или гидроксила в молекуле).

Для солей число эквивалентности Z находят умножением заряда аниона на количество анионов в молекуле.

Например, Z _HCL =1; Z _Ca(OH)2 =2; Z _Na3PO4 =3.

Раствор, 1 л которого содержит 1 моль эквивалента растворенного вещества, называют нормальным (Н).

Растворы, 1 л которых содержит 0,1; 0,01; 0,001 моль эквивалента растворенного вещества, соответственно называют децинормальными (0,1 Н); сантинормальными (0,01 Н) и миллинормальными (0,001 Н).

Примечание: вместо обозначения нормальной концентрации моль/л допускается обозначение буквой Н.

Осмотическое давление (Р_осм) – сила, обусловливающая осмос, отнесенная к единице поверхности полупроницаемой мембраны. Оно равно давлению, которое нужно приложить к раствору, чтобы привести его в равновесие с чистым растворителем, отделённым от раствора полупроницаемой мембраной.

Осмотическое давление крови равно 7,6 атм.

Согласно закону Вант-Гоффа:

Р _осм=С_в∙R∙T,                                        (9)

где Р _осм – осмотическое давление, Па или атм;

Перевод Па в атмосферы: 1 атм=101325 Па=0,101 МПа.

  С_в– молярная концентрация вещества, моль/л.

В разбавленных растворах моляльная концентрация (С_m) незначительно отличается от молярной, поэтому можно принять C_в = С_m.

  R – универсальная газовая постоянная.

· Если давление рассчитывается в атмосферах (атм), то

R = 0,082 л ∙ R атм/моль ∙ К.

· Если давление рассчитывается в Паскалях (Па), то

R = 8,31∙10³ Дж/моль К.

  Т – температура по шкале абсолютных температур Кельвина, ⁰К.

T=t⁰С+273,                                                (10)

Для электролитов (солей, кислот, оснований) в уравнение Вант-Гоффа введен изотонический коэффициент (i):

Р _осм= i ∙С_в∙R∙T                                            (11)

ί = 1 + α(υ - 1),                                         (12)

где α – степень диссоциации электролита;

   υ – число ионов, на которые диссоциирует молекула.

Практически изотонический коэффициент (i) равен числу ионов (υ) в молекуле полностью диссоциирующих сильных электролитов.

Например, при диссоциации соляной кислоты (НСl) образуется 2 иона, то есть i= υ =2.

Изотонический коэффициент показывает, во сколько раз увеличивается число частиц растворенного вещества в результате диссоциации молекул электролита на ионы и зависит от степени диссоциации электролита и количества ионов, образующихся при диссоциации одной молекулы.

ПРИМЕРЫ решения задач

ЗАДАЧА №1

Рассчитать осмотическое давление 10 % - ного раствора поваренной соли при температуре 20^о С и плотностью раствора 1 г/мл. Степень диссоциации α = 1.

РЕШЕНИЕ

1. Р _осм= i ∙С_в∙R∙T - уравнение Вант-Гоффа для электролитов

2. ί = 1 + α (υ - 1) = 1+1 (2-1) = 2

3. С_в=

4. m _(в)= = 10 ∙ 1000 ∙ 1 / 100% = 100 г

5. С_в=100г / (58,5 г/моль ∙ 1 л) = 1,7 моль/л

6. R = 0,082 л ∙ R атм/моль ∙ К

7. T=t⁰С+273=20 + 273 = 293⁰ К

8. Р _осм= 2 ∙ 1,7 ∙ 0,082 ∙ 293 = 82,1 атм.

ЗАДАЧА №2