3 losninger konsentrasjon

4 KONSENTRASJON
4.1 INNLEDNING
1
Terminologi
En løsning er tidligere definert som en homogen blanding av rene stoffer (kap.
1). Vi tenker vanligvis på en løsning som flytende, dvs. at et eller annet stoff er
løst opp i en væske. Det stoffet som løses opp kaller vi oppløst stoff (eng:
solute). Væsken som stoffet løses i kalles løsemiddel (eng. solvent). Blandingen
kalles løsning (solution). Ved blanding av to væsker er det ikke alltid klart hva
som er løsemiddel, og hva som er løst opp. I denne boken handler det for det
meste om vannløsninger, dvs. at vann er løsemiddel. For å presisere hva vi
mener, kan vi bruke en indeks sammen med symbolet for størrelsen:
lm: løsesmiddel
s: løst stoff
tot: totalt
Dette gir f.eks:
ms
Massen (antall g) av løst stoff.
mlm Massen (antall g) av løsemiddel
Vtot Totalt volum
nlm Stoffmengden (mol) av løsemiddel
2 Litt om tetthet
Tetthet (eller massetetthet) er definert som masse delt på volum. I flg. Handbook
skal man bruke symbolet ñ (rho) for tetthet, mens d skal brukes om relativ
tetthet, dvs. tettheten i forhold til rent vann. Vi holder oss til ñ i denne boken. Vi
har da:
ñ = m / V (g/mL) (samme som g/cm3 og kg/L)
Populært sier vi ofte at stoffer som har stor tetthet er “tunge”, og de som har
liten tetthet er “lette”, f.eks: “is er lettere enn vann”.
Vann har tetthet ca. 1 g/mL eller 1 kg/L. En liter vann veier en kg. Tabell 4.1
viser tettheten av vann ved ulike temperaturer, med 5 desimaler. Vi ser at vann
er “tyngst” ved 4 EC (0,9999 g/mL), og at tettheten ved romtemperatur (20 EC)
er 0,9982 g/mL. Vi har også tatt med is ved 0 EC, for å vise hvor mye lettere is er
enn vann (0,9167 g/mL).
37
4. Konsentrasjon
Tabell 4.1 Tettheten ñ av vann (g/mL) ved ulike temperaturer t (EC), samt is
ved 0 EC.
t
ñ
t
ñ
t
ñ
0
0,999 84 20
0,998 21 40
0,992 22
3
0,999 97 21
0,998 00 50
0,988 03
4
0,999 98 22
0,997 77 60
0,983 20
5
0,999 97 23
0,997 54 80
0,971 82
10
0,999 70 25
0,997 05 100
0,958 40
15
0,999 10 30
0,995 65 is 0EC
0,9167
Mange organiske væsker har mindre tetthet enn vann, som vist i tabell 4.2. Vi
har også tatt med det flytende metallet kvikksølv i tabellen.
Tabell 4.2 Tettheten av noen rene stoffer ved angitt temperatur (væsker), g/mL
Aceton
0,785 25 EC
Benzen
0,877 20 EC
Etanol
0,789 20 EC
Eter
0,714 20 EC
Kvikksølv.. . . . . . . . . 13,54 22 EC
Oktan
0,655 25 EC
Når vi løser et fast stoff i vann, slik at vi får en løsning, vil tettheten for
løsningen stort sett øke med økt konsentrasjon. Vi finner tabeller med tettheten
av en rekke ulike vannløsniger i Handbook of Chemistry and Physics. For
løsninger av NaCl i vann finner vi f.eks. ( 20 EC).
Tabell 4.3 Tettheten ñ av NaCl-løsninger av ulik konsentrasjon i vektprosent
(w/w) ved 20 EC.
% w/w
ñ (g/mL)
% w/w
ñ (g/mL)
0,0
0,9982
9,0
1,0633
0,5
1,0018
10,0
1,0707
1,0
1,0053
12,0
1,0857
2,0
1,0125
14,0
1,1008
3,0
1,0196
16,0
1,1162
4,0
1,0268
18,0
1,1319
5,0
1,0340
20,0
1,1478
6,0
1,0413
22,0
1,1640
7,0
1,0486
24,0
1,1804
8,0
1,0559
26,0
1,1972
Vi ser at 26 % saltvann er betydelig “tyngre” enn rent vann, 1 liter veier ca. 1,19
kg.
38
4. Konsentrasjon
Når vi kjenner tettheten av et stoff eller en løsning, kan vi regne om fra masse
til volum eller omvendt. For å regne om fra mL til g, må vi gange med tettheten
(g/mL), og fra g til mL må vi dele på tettheten.
E4.1 Hva er volumet av 500,0 g vann ved 25 EC?
Løsning
Vi må dele på tettheten. Den finner vi tabell 4.1. Ved å bruke benevning kan vi
unngå å gjøre feil her.
500,0 g
V = ––––––––––– = 501,4 mL
0,99705 g/mL
?4.1 a) Hva er volumet av 1000 g NaCl-løsning som er 3,0 %? (se tabell 4.3) b)
hvor mye veier 0,500 L etanol? (se tabell 4.2).
4.2 MOLARITET
1 mol/L
Konsentrasjon av en løsning er en størrelse som vi betegner med c. Vi angir
vanligvis konsentrasjonen i mol/L, som er definert slik:
c = n/V
ns
mol løst stoff
cM = –– = ––––––––––– (mol/L)
Vtot L totalvolum
Vi kan skrive cM hvis vi ønsker å presisere at konsentrasjonen er oppgitt i mol/L,
men dette er ofte unødvendig.
Liter er det samme som dm3 . Det er anbefalt å bruke stor L for liter. På samme
måte brukes betegnelsen mL, som er det samme som cm3.
M brukes ofte som symbol for mol/L, både i bøker og på laboratoriet. Men
man bør skrive mol/L når man skal være litt mer korrekt, f.eks. oppgi et
analyseresultat. Når man gjør beregninger med
konsentrasjon, er det absolutt nødvendig å bruke
mol/L, fordi man da kanskje skal forkorte enheter.
Hvis du er redd for å blande “M” i molar sammen
med M i molar masse, så merk deg dette: “M” er en
enhet, og kommer alltid bak et tall, mens “M “ er
en størrelse. Det vil derfor gå fram av
sammenhengen hva vi mener. F.eks:
Figur 4.1. Å lage en løsning med gitt molaritet.
c = 0,25 M
M = 58,44 g/mol
39
4. Konsentrasjon
Molar. Når en løsning har konsentrasjon 0,1 mol/L, sier vi gjerne at den er 0,1molar. Vi kan også si at løsningen har en molaritet på 0,1. Når det er praktisk
kan vi oppgi konsentrasjonen i mmol/L (mM) eller ìmol/L (ìM).
(aq). Når et stoff er løst opp i vann, skriver vi (aq) bak formelen. NaCl(aq)
betyr en løsning av NaCl i vann. NaCl(s) betyr NaCl i fast form, NaCl(l) betyr
flytende (smeltet) NaCl. HCl(g) er gassen hydrogenklorid, mens HCl(aq) er HCl
løst i vann, altså saltsyre.
2 Å lage en løsning, kjent molaritet
Ad / til. En vannløsning med kjent molaritet lages slik (se fig. 4.1):
1. Beregn nødvendig antall mol stoff som skal løses opp, regne om til g.
2. Vei ut stoffet.
3. Overfør dette kvantitativt til en målekolbe med ønsket volum.
4. Løs opp med litt vann i kolben, og deretter tilsett vann til (ad) kolbens merke.
Vi må riste godt slik at løsningen blir homogen.
E4.2 Å lage en løsning, kjent mol/L
Hvordan vil du lage 1 liter 0,150 mol/L MgCl2(aq)?
Beregninger
Vi trenger n = 0,150 mol MgCl2
M(MgCl2) = 95,21g/mol
ms = 0,150 mol×95,21 (g/mol) = 14,28 g
Praktisk:
Vi veier ut 14,28 g MgCl2
Dette overføres kvantitativt til en 1000 mL målekolbe, med trakt el.l. Vi fyller
kolben ca 3/4 full med vann, og løser opp stoffet. Deretter fylles det vann til
merket med en “pasteurpipette” (dråpeteller). Kolben vendes opp/ned med kork
mange ganger slik at løsningen blir homogen.
Temperatur
Når vi lager en løsning med kjent molaritet, må vi kjenne temperaturen i det vi
lager den. Hvis temperaturen forandrer seg etterpå, vil volumet forandre seg, og
derved konsentrasjonen (mol/L). Hvis temperaturen blir lavere, vil volumet bli
mindre, og løsningen mer konsentrert, og omvendt. I tabellene er det gjerne
brukt 20EC.
Konsentrasjonen målt i vektprosent vil derimot ikke forandre seg, fordi massen
ikke forandrer seg med temperaturen (om vektprosent, se 4.4.1).
3 Beregninger
40
4. Konsentrasjon
c = n/V
]
n = c@V
]
V = n/c
Den første av disse likningene er ikke noe annet enn definisjonen av molaritet,
og de andre følger matematisk av denne, og må ikke “pugges”. Disse likningene
brukes ved beregninger.
E4.3 Å beregne c ( n, V ÷ c )
Vi løser opp 0,14 mol NaOH i vann til et totalvolum på 250 mL. Hva er konsentrasjonen i mol/L?
Løsning
c = n/V = 0,14 mol/0,250 L = 0,56 mol/L
?4.2 Vi løser opp 0,237 g CaCl2@2H2O, og tilsetter vann til 500 mL. Beregn
molariteten.
E4.4 Å beregne n (c, V ÷ n )
Vi har en 0,125 mol/L løsning av NaCl og pipetterer ut 45,0 mL. Hvor mange
mol får vi?
Løsning
n
= c@V = 0,125 (mol/L)×0,0450 L
= 5,62×10–3 mol
?4.3 Vi skal lage 5,00 L av 0,200 mol/L HCl(aq). Hvor mange g HCl trengs?
E4.5 Å beregne V ( c, n ÷ V )
Vi har en 75 mmol/L løsning av glukose og trenger 0,0100 mol glukose. Hvor
mye må vi pipettere ut?
Løsning
Først: 75 mmol/L = 0,075 mol/L
V = n / c = 0,0100 mol / 0,075 (mol/L)
= 0,133 L = 133 mL
?4.4 Vi trenger 2,15×10–3 mol HCl, og vi har 0,100 mol/L HCl(aq). Hvor mye
må vi ta av denne løsningen?
41
4. Konsentrasjon