4 KONSENTRASJON 4.1 INNLEDNING

Transkript

1 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: s: løst stoff lm: løsesmiddel tot: totalt Dette gir f.eks: ms m V n lm tot lm Massen (antall g) av løst stoff. Massen (antall g) av løsemiddel Totalt volum 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/cm 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 C (0,9999 g/ml), og at tettheten ved romtemperatur (20 C) er 0,9982 g/ml. Vi har også tatt med is ved 0 C, for å vise hvor mye lettere is er enn vann (0,9167 g/ml) Konsentrasjon

2 Tabell 4.1 Tettheten ñ av vann (g/ml) ved ulike temperaturer t ( C), samt is ved 0 C. t ñ t ñ t ñ 0 0, , , , , , , , , , , , , , , , , is 0 C 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, C Benzen 0, C Etanol 0, C Eter 0, C Kvikksølv ,54 22 C Oktan 0, C 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 C). Tabell 4. Tettheten ñ av NaCl-løsninger av ulik konsentrasjon i vektprosent (w/w) ved 20 C. % w/w ñ (g/ml) % w/w ñ (g/ml) 0,0 0,9982 9,0 1,06 0,5 1, ,0 1,0707 1,0 1,005 12,0 1,0857 2,0 1, ,0 1,1008,0 1, ,0 1,1162 4,0 1, ,0 1,119 5,0 1,040 20,0 1,1478 6,0 1,041 22,0 1,1640 7,0 1, ,0 1,1804 8,0 1, ,0 1,1972 Vi ser at 26 % saltvann er betydelig tyngre enn rent vann, 1 liter veier ca. 1,19 kg Konsentrasjon

3 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 C? 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,0 %? (se tabell 4.) 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 n mol løst stoff s c M = = (mol/l) V tot L totalvolum Vi kan skrive c M hvis vi ønsker å presisere at konsentrasjonen er oppgitt i mol/l, men dette er ofte unødvendig. Liter er det samme som dm. Det er anbefalt å bruke stor L for liter. På samme måte brukes betegnelsen ml, som er det samme som cm. 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: c = 0,25 M M = 58,44 g/mol Figur 4.1. Å lage en løsning med gitt molaritet Konsentrasjon

4 Molar. Når en løsning har konsentrasjon 0,1 mol/l, sier vi gjerne at den er 0,1- molar. 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.. 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 MgCl (aq)? Beregninger Vi trenger n = 0,150 mol MgCl 2 M(MgCl 2) = 95,21g/mol m = 0,150 mol 95,21 (g/mol) = 14,28 g s Praktisk: Vi veier ut 14,28 g MgCl 2 Dette overføres kvantitativt til en 1000 ml målekolbe, med trakt el.l. Vi fyller kolben ca /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. 2 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 20 C. Konsentrasjonen målt i vektprosent vil derimot ikke forandre seg, fordi massen ikke forandrer seg med temperaturen (om vektprosent, se 4.4.1). Beregninger Konsentrasjon

5 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. 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? c = n/v = 0,14 mol/0,250 L = 0,56 mol/l?4.2 Vi løser opp 0,27 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? n = c V = 0,125 (mol/l) 0,0450 L = 5,62 10 mol?4. 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? Først: 75 mmol/l = 0,075 mol/l V = n / c = 0,0100 mol / 0,075 (mol/l) = 0,1 L = 1 ml?4.4 Vi trenger 2,15 10 mol HCl, og vi har 0,100 mol/l HCl(aq). Hvor mye må vi ta av denne løsningen? Konsentrasjon