Физические принципы, заложенные в основу измерения концентрации вещества кондуктометрическим методом
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
образом: с(НCl) = 3 моль/л; с(Н2SO4) = 2 моль/л.
Пример: Приготовление 50 мл раствора поваренной соли с молярной концентрацией 0,1 моль/л (т.е. с(NaCl) = 0,1 моль/л).
Молярная масса NaCl составляет М(NaCl) = 58 г/моль. В 1000 мл раствора с концентрацией с(NaCl)=0,1 моль/л должно содержаться n(NaCl) = 0,1 моль NaCl, или m(NaCl) = 5,8 г. В 50 мл раствора должно содержаться х г NaCl, определяемое по формуле:
Навеску в 0,29 г следует поместить в мерную колбу на 50 мл и долить дистиллированную воду до метки. Содержимое колбы перемешивать до полного растворения соли.
Массовая доля (массовый процент, процентная концентрация) (w) - это отношение массы растворенного вещества (mв) к общей массе раствора, т.е. сумме масс растворенного вещества и растворителя (mр):
Для относительно некрепких растворов, имеющих значение плотности, близкое 1 г/см3, часто пользуются такой разновидностью массовой доли, как массовая концентрация, измеряемая в мг/л (г/л, г/дм3 т.п.).
Пример: Приготовление 50 г раствора соли с массовой долей 5% (5%-ного раствора).
В 100 г раствора содержится 5 г соли, в 50 г раствора содержится - х г соли.
Отвесить 2,5 г соли, поместить ее в колбу (стакан) и добавить 47,5 мл воды. Перемешивать до полного растворения соли.
Мольная доля (N) - это отношение числа молей данного компонента (n1) к сумме молей данного компонента и всех других компонентов раствора (растворителя и других растворенных веществ (n2):
Аналогично определяется объемная доля.
Моляльная концентрация (В) в моль/кг - это отношение количества растворенного вещества в молях (n) к массе растворителя (m):
Часто встречаются также производные от единиц измерения концентраций: например, мг/л, мг/дм3, мг/см3, мг/мл, ммоль/л, г/мл (титр) и др. Наиболее употребимыми единицами в справочной литературе применительно к оценке содержания примесей в воде (например, значения ПДК) являются мг/л и ммоль/л экв.
Поверхностная концентрация? это отношение числа частиц компонента, его количества или массы на поверхности системы к площади этой поверхности; единицы измерения - соответственно м-2, моль/м2 или кг/м2.
Наиболее распространенными способами выражения концентрации вещества являются массовая доля (?), мольная и объемная доли (?) и молярная концентрация (Сm).
2. Методы измерения концентрации
В аналитической химии есть несколько методов, основанных на определении положения химического равновесия. К ним относятся, в частности, классические: гравиметрия и титриметрия, а также сравнительно новый ? иммунологический анализ.
2.1 Методы анализа, основанные на определении положения равновесия
Гравиметрия (весовой метод)
В гравиметрии определяемое вещество переводят в химически чистое состояние или превращают в весовую форму - соединение с точно известным постоянным составом, которое можно легко выделить и взвесить. Количество анализируемого вещества рассчитывают исходя из массы весовой формы и уравнения реакции, связывающей это вещество с весовой формой. Химические стандарты не требуются. Весовые методы анализа очень точны, их часто используют в сомнительных случаях в качестве контроля. Точность анализа ограничивается точностью определения массы и полнотой образования и выделения чистого вещества.
Одно из основных преимуществ весовых определений заключается в том, что не нужно калибровать приборы или готовить стандартные растворы. Результат получают, взвесив осадок и зная состав участвующих в реакции соединений. Пусть, например, мы хотим определить содержание марганца в образце. Для этого нужно перевести марганец в Mn3O4, отделить последний и взвесить. Предположим, что из 1,52 г образца образуется 0,126 г Mn3O4 (т.е. 0,00055 моль, так как 1 моль Mn3O4 содержит 228,8 г). В 1 моль Mn3O4 содержится 3 моль Mn, а в 0,00055 моль - соответственно 0,00165 моль Mn, или 0,0907 г (1 моль Mn содержит 54,94 г). Следовательно, содержание Mn в образце (0,0907/1,52)?100% = 5,97%.
Как мы уже говорили, гравиметрия довольно медленная процедура; образование осадка, его отделение фильтрованием, высушивание - все это требует времени. Кроме того, весовые определения обычно не отличаются высокой селективностью, поэтому дополнительное время уходит на подбор условий (например, pH), переосаждение и т.п. Чем сложнее по составу образец, тем более вероятны ошибки: завышение весового содержания анализируемого вещества, связанное с соосаждением примесей, или занижение, обусловленное потерей вещества на стадии его выделения.
Вследствие ограниченных селективности и чувствительности гравиметрию нет смысла применять, когда в наличии имеются лишь микро- или следовые количества определяемого вещества.
Титриметрия (объемный метод)
В титриметрии концентрацию определяют, измеряя объем стандартного или титрованного реагента (титранта), израсходованного в химической реакции с определяемым веществом в растворе (или газовой фазе).
Измерение проводят с помощью процедуры титрования. Это простой, относительно быстрый, универсальный и точный метод.
При титровании титрант добавляют порциями или непрерывно с небольшой постоянной скоростью и измеряют его объем до тех пор, пока не будет достигнута точка эквивалентности, отвечающая объему титранта, при котором в реакцию вступает все определяемое вещество. Точку эквивалентности находят, непрерывно следя за изменением тех или иных свойств титруемого раствора (цвета, оптической плотности, электрохимических свойств и т.д.) при помощи ?/p>