Физические принципы, заложенные в основу измерения концентрации вещества кондуктометрическим методом
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
ких, биологических методов, разрабатывают новые методы анализа и совершенствуют уже существующие. Число методов аналитической химии чрезвычайно велико и постоянно растет.
Аналитическая химия тесно связана с другими дисциплинами: химический анализ внедряется в различные области науки, химик-аналитик пользуется достижениями других разделов химии, а также математики, физики, биологии и многих областей техники.
В технологии выполнения химических анализов необходимым элементом является приготовление растворов химических веществ. В химическом анализе используются различные растворенные вещества (реагенты, буферные смеси, фиксирующие агенты, консерванты и т.п.) и растворители (вода, этанол и водно-спиртовые смеси, органические экстрагенты).
1.2 Концентрация и ее виды
В учебных пособиях, руководствах для химиков-аналитиков, нормативных документах (ГОСТах, РД, МУ) и справочной литературе можно встретить различные способы выражения концентраций. Ниже мы остановимся на некоторых из них, наиболее часто встречающихся, но сначала приведем краткую информацию по основополагающим единицам измерений, применяющихся при описании различных способов выражения концентраций химических веществ в растворах.
Масса вещества обозначается как m(X) (где X - химический символ вещества) и обычно измеряется в граммах или миллиграммах.
За единицу количества вещества n(X) принят моль.
Моль - это количество вещества, содержащее столько молекул, либо атомов, либо ионов, либо других структурных единиц из которых это вещество состоит, сколько содержится атомов в 12 г изотопа углерода 12С. В 12 г этого изотопа содержится 6.02213671023 атомов. Один моль вещества, состоящего из молекул, включает в себя 6.02213671023 молекул, если вещество имеет атомарное строение (например какой-либо металл), то один моль такого вещества будет включать в себя 6.02213671023 атомов. При растворении соли в воде молекулы диссоциируют на ионы и все будет выглядеть уже чуть сложнее: один моль растворенной соли, скажем, хлорида кальция (CaCl2) даст один моль ионов кальция (Ca2+) и два моля ионов хлора (Cl-), то есть 12.04427341023 ионов, ведь одна молекула хлорида кальция растворившись даст два иона хлора.
6.02213671023 ? это особое число структурных единиц вещества (атомов, молекул, ионов) используемое для измерения количества вещества в молях. Оно называется числом Авогадро, в честь итальянского физика Амедео Авогадро.
Атомной единицей массы (а.е.м.) является 1/12 массы атома углерода. В а.е.м. указана масса элементов в таблице Менделеева. Относительной молекулярной массой (сокращенно молекулярной массой) простого или сложного вещества называют отношение массы его молекулы к 1/12 части атома 12С. На практике, поскольку масса любой молекулы равна сумме масс составляющих ее атомов, молекулярная масса, рассчитывается как сумма атомных масс этих атомов.
Известно, что а.е.м. равна 1.6610-24 г. Отсюда можно подсчитать какова же масса моля кого-либо вещества в граммах. Для этого надо число Авогадро умножить на численное значение а.е.м. в граммах и на молекулярную массу этого вещества, либо на массу той элементарной единицы, из которых данное вещество состоит (обозначим эту величину N а.е.м.):
1.6610-24 6.02213671023 N а.е.м. = 0.999674576 N а.е.м.
По сути дела получается, причем не только из этих расчетов, но и исходя из всех приведенных выше определений, что мольная масса =1N а.е.м., то есть мольная масса вещества выраженная в граммах, имеет то же численное значение, что и его относительная молекулярная (атомная) масса. Проще говоря, масса моля - это количество граммов вещества, численно равное его молекулярной (атомной) массе.
Последняя обозначается буквой "М" и обычно измеряется в г/моль. Например, М(Cu) = 63,54 г/моль, М(Н2SO4) = 98,08 г/моль.
Наряду с единицей количества вещества используется также единица количества вещества эквивалентов n[(1/z)Х], определяемая как произведение числа эквивалентности z(X) на количество вещества n(X). При этом под эквивалентом подразумевают реальную или условную частицу вещества, которая в конкретной кислотно-основной реакции эквивалентна одному иону водорода, в окислительно-восстановительной реакции - одному электрону. Соответственно, число эквивалентности z(Х) определяется исходя из химической формулы вещества и типа химической реакции:
-для кислот z(Х) равно числу катионов водорода, способных замещаться катионами металлов. Например, z(НCl) = 1; z(Н2SO4) = 2;
-для гидроксидов z(Х) равно числу гидроксигрупп OH-. Например, z(NaOH) = 1; z(Al(OH)3) = 3;
для солей z равно числу катионов водорода кислоты, замещенных катионами металла или аммония. Например, z(NaCl) = 1; z[Fe2(SO4)3] = 6.
Молярная масса эквивалента M[(1/z)X] есть отношение молярной массы M(X) вещества к числу эквивалентности. Например,
M(1/1HCl) = 36,46/1=36,46 г/моль;[1/6Fe2(SO4)3] = 399,88/6 = 66,65 г/моль.
Понятие "молярная масса эквивалента" равноценно прежнему "грамм-эквивалент", в современной литературе не используемому.
Концентрация (новолат. concentratio - сосредоточение)? это отношение числа частиц компонента системы (смеси, раствора, сплава), его количества (молярная К.) или массы (массовая К.) к объему системы.
Молярная концентрация вещества (с) в моль/л - это отношение количества растворенного вещества в молях (n) к объему раствора (V):
Молярная концентрация численно равна количеству молей вещества, содержащихся в 1 литре (1000 мл, 1 дм3) раствора.Молярную концентрацию записывают следующим