Stężenia Określają wzajemne ilości substancji wymieszanych ze sobą. Gdy substancje tworzą jednolite fazy to nazywa się je roztworami (np. roztwór cukru w wodzie). Rozpuszczalnik to zwykle substancja, której jest najwięcej a substancje rozpuszczone to pozostałe

Sposoby wyrażania stężeń Względne – zawartość substancji wyrażana jest względem innych (np. względem wszystkich substancji) – stężenia procentowe, ułamki itp. Bezwzględne – zawartość substancji wyrażana jest wprost w przeliczeniu na pewną objętość, czy masę – stężenia molowe, molarne itp.

Ułamki Określają zawartość pewnej substancji wobec całości: Ułamek masowy to stosunek masy pewnej substancji do masy całości (to już wykorzystywaliśmy) – można to wyrazić w % i wtedy takie stężenie nosi nazwę stężenia procentowego (masowego). Ułamek objętościowy podobnie jak wyżej ale dotyczy objętości (wygodne przy gazach a czasem i cieczach). Ułamek molowy j.w., tj. stosunek liczby moli substancji do sumy liczby moli wszystkich substancji tworzących roztwór. Ułamek może być wyrażony wprost lub po pomnożeniu przez 100% (częściej używane). Zwykle nie mieszamy tu jednostek, np. objętości z masami!!!

Gdy nie precyzuje się tego, jaki jest to ułamek, czy procent to przyjmuje się, że jest on masowy (stąd pomija się to określenie – stężenie procentowe oznacza zatem stężenie procentowe masowe). Inne jednostki względne: ppm – od skrótu angielskiego (część na milion) ppt – j.w. (część na tysiąc, promil). Jednostki ppm i ppt mogą być również masowe, objętościowe, czy molowe a jak nie wspominamy o tym „jakie?” oznacza, że są to jednostki masowe. 1 ppm oznacza zatem 1 mg substancji w 1 kg roztworu.

Stężenia bezwzględne Określają konkretną ilość substancji w konkretnej ilości całości… A więc: mg/l, g/kg, mol/m 3 są jednostkami tego typu. Najbardziej popularne to: -stężenie molowe – liczba moli substancji w 1 dm 3 całości -stężenie molarne – liczba moli substancji w 1 kg rozpuszczalnika

Ułamki oznacza się zwykle symbolem X z indeksem. Przejście na stężenia procentowe polega tylko na pomnożeniu ułamka przez 100%. Stężenie procentowe to stosunek masy substancji do masy całego roztworu (i wyrażone w %). Symbole stosowane to c p, c % z indeksem nazwy/wzoru substancji, np. c %, NaCl Stężenie procentowe objętościowe to stosunek objętości substancji do objętości całości (i wyrażone w %). Stosowane symbole to c v, c vol%

W stężeniach % należy więc zawsze określić masę substancji i masę całości. Przykładowo podczas mieszania 100 g r-ru 10% z 100 g roztworu 20% należy najpierw wyznaczyć masę substancji zawartych w obu roztworach: m 1 = 10% * 100 g = 10 g m 2 = 20% * 100 g = 20 g Razem masa, m = 30 g a masa całości = = 200 g. Stężenie procentowe po zmieszaniu c p =30/200*100% = 15%

Stężenia ppm i ppt wynikają wprost ze stężeń procentowych i wymagają tylko zmiany jednostki. Przykładowo roztwór o stężeniu 0,01% zamieniamy na ppt: 1% to jedna setna a więc c p =0,01%  X=0,0001 (podane jako ułamek masowy). Skoro ppt to część tysięczna to 0,1 ppt jest taką częścią całości ppm to część milionowa a więc powyższe to 100 ppm.

Pamiętamy, aby nie mieszać jednostek objętościowych z masowymi. A więc zadanie: W 10 litrach roztworu znajduje się 2 kg substancji. Jakie jest stężenie procentowe roztworu? – nie da się rozwiązać dopóki nie zamienimy objętości na masę (wykorzystując gęstość roztworu).

Stężenia bezwzględne są najczęściej wykorzystywane w analityce, tj. przy dokładnym określaniu zawartości substancji. Stężenia w wodzie pitnej daje się często za pomocą mg/litr. I tak 10 mg/l wapnia (Ca) oznacza, że w 1 litrze znajduje się 0,01 g wapnia. Mając masę substancji można skorzystać z jej masy molowej i policzyć liczbę moli – wtedy można wyrazić stężenie jako molowe (stosunek liczby moli do objętości). M Ca = 40 g/mol a więc liczba moli Ca jest równa n Ca = m Ca /M Ca = 0,01/40 = 0,0025 mola (w 1 litrze) – a więc stężenie C Ca = 1 mol/dm 3.

Czasem (przy małych stężeniach, jak np. w przypadku zanieczyszczeń w wodzie) przyjmuje się, że masa całego roztworu (liczona normalnie jako suma ilości substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika) jest praktycznie równa masie rozpuszczalnika. Wtedy można wykorzystać do przeliczeń tylko gęstość rozpuszczalnika a przeliczanie na % i ppt, ppm jest prostsze.

Przykładowo: W wodzie pitnej znajduje się 24,3 mg/l magnezu. Jakie jest stężenie magnezu wyrażone w mol/dm 3 (stężenie molowe), ppm i %. M Mg = 24,3 g/mol a my mamy 24,3 mg, czyli 0,0243 g Mg. Ponieważ jest to w litrze to stężenie molowe C Mg = n Mg /v = 0,001 mol/dm 3 Widząc, że ilość Mg jest znikoma więc nie wpłynie na gęstość roztworu przyjmujemy, że d wody = 1,00 g/cm 3 (w temperaturze pokojowej). A więc mamy 0,0243 g w 1 dm 3 (tj. w 1 kg = 1000 g). Stężenie % to stosunek 0,0243/1000*100% =0,00243% 1 ppm to część milionowa a więc będzie to wprost 24,3 ppm. (zamieniamy 1 kg na te same jednostki, czyli mg = mg i wtedy widać, że 24,3 mg w mg oznacza równość jednostek ppm = mg/kg – a w przypadku roztworów rozcieńczonych i mg/l).

Mieszanie roztworów Podczas mieszania roztworów często pomaga schemat: Chcąc otrzymać roztwór o zadanym stężeniu końcowym należy zmieszać roztwory o stężeniach 1 i 2 w stosunku, który wychodzi poprzez porównanie różnic par liczb znajdujących się na strzałkach schematu, np. Stąd wynika, że stosunek ilości roztworu o stężeniu: 60% wobec 10% jest równy ile60% : ile10% = 10:40 tj. 1:4. UWAGA!!! Jednostka w stosunku obu roztworów wynika z tego w jakich jednostkach jak stężenie a więc jest to albo objętość, albo masa. W przypadku Cp (%masowy) – będzie to stosunek mas, w przypadku Cv (%objętościowy) – stosunek objętości, itd. Stąd w powyższym przykładzie jest to stosunek masowy m 60% : m 10% = 1:4

W książce: Roztwory i stężenia - str