Принципы приготовления растворов и расчеты в объемном анализе. Растворы

Определите, что вам известно и что нет. В химии разведение означает обычно получение небольшого количества раствора известной концентрации, с последующим его разбавлением нейтральной жидкостью (например водой) и получением, таким образом, менее концентрированного раствора большего объема. Эта операция очень часто применяется в химических лабораториях, поэтому в них реагенты хранятся для удобства в концентрированном виде и разбавляются при необходимости. На практике, как правило, вам известна начальная концентрация, а также концентрация и объем раствора, который вы хотите получить; при этом неизвестен объем концентрированного раствора, который необходимо разбавить.

• В другой ситуации, например при решении школьной задачи по химии, в качестве неизвестной может выступать другая величина: к примеру, вам даны начальный объем и концентрация, и требуется найти конечную концентрацию итогового раствора при его известном объеме. В любом случае полезно выписать известные и неизвестные величины, прежде чем приступать к задаче.
• Рассмотрим пример. Пускай нам необходимо развести раствор концентрацией 5 M, чтобы получить раствор концентрацией 1 мM . В данном случае нам известна концентрация начального раствора, а также объем и концентрация раствора, который необходимо получить; не известен объем исходного раствора, который надо развести водой.
  • Помните: в химии М служит мерой концентрации, называемой также молярностью , которая соответствует количеству молей вещества на 1 литр раствора.

Приготовление растворов. Раствором называют однородные смеси двух или более веществ. Концентрацию раствора выражают по-разному:

в весовых процентах, т.е. по количеству граммов вещества, содержащегося в 100 г раствора;

в объемных процентах, т.е. по количеству единиц объема (мл) вещества в 100 мл раствора;

молярностью, т.е. количеством грамм-молей вещества, находящегося в 1 л раствора (молярные растворы);

нормальностью, т.е. количеством грамм-эквивалентов раствореного вещества в 1 л раствора.

Растворы процентной концентрации. Процентные растворы готовят как приблизительные, при этом навеску вещества отвешивают на технохимических весах, а объемы отмеривают измерительными цилиндрами.

Для приготовления процентных растворов пользуются несколькими приемами.

Пример. Необходимо приготовить 1 кг 15%-ного раствора хлористого натрия. Сколько необходимо для этого взять соли? Расчет проводится согласно пропорции:

Следовательно воды для этого необходимо взять 1000-150 = 850 г.

В тех случаях, когда надо приготовить 1 л 15%-ного раствора хлористого натрия, необходимое количество соли рассчитывают другим способом. По справочнику находят плотность этого раствора и, умножив ее на заданный объем, получают массу необходимого количества раствора: 1000-1,184 = 1184 г.

Тогда следует:

Следовательно, необходимое количество хлористого натрия различно для приготовления 1 кг и 1 л раствора. В тех случаях, когда приготовляют растворы из реактивов, содержащих в составе кристаллизационную воду, следует ее учитывать при расчете необходимого количества реактива.

Пример. Необходимо приготовить 1000 мл 5%-ного раствора Na2CO3 плотностью 1,050 из соли, содержащей кристаллизационную воду (Na2CO3-10H2O)

Молекулярная масса (вес) Na2CO3 равна 106 г, молекулярная масса (вес) Na2CO3-10H2O равна 286 г, отсюда рассчитывают необходимое количество Na2CO3-10H2O для приготовления 5%-ного раствора:

Методом разбавления растворы приготовляют следующим образом.

Пример. Необходимо приготовить 1 л 10%-ного раствора HCl из раствора кислоты относительной плотностью 1,185 (37,3%). Относительная плотность 10%-ного раствора 1,047 (по справочной таблице), следовательно, масса (вес) 1 л такого раствора равна 1000X1,047 = 1047 г. В этом количестве раствора должно содержаться чистого хлористого водорода

Чтобы определить, сколько необходимо взять 37,3%-ной кислоты, составляем пропорцию:

При приготовлении растворов путем разбавления или смешивания двух растворов для упрощения расчетов применяют способ диагональной схемы или «правило креста». На пересечении двух линий пишется заданная концентрация, а у обоих концов слева - концентрация исходных растворов, для растворителя она равна нулю.

Обычно при употреблении названия «раствор» имеются в виду истинные растворы. В истинных растворах растворенное вещество в виде отдельных молекул распределено среди молекул растворителя. Не все вещества растворяются одинаково хорошо в любой жидкости, т.е. растворимость различных веществ в тех или иных растворителях различна. Обычно растворимость твердых веществ увеличивается с повышением температуры, поэтому при приготовлении таких растворов во многих случаях необходимо их подогревать.

В определенном количестве каждого растворителя может быть растворено не более определенного количества данного вещества. Если приготовить раствор, содержащий в единице объема наибольшее количество вещества, которое может раствориться при данной температуре, и добавить к нему дополнительно хотя бы небольшое количество растворяемого вещества, то оно останется нерастворенным. Такой раствор называется насыщенным .

Если приготовить при нагревании концентрированный раствор, близкий к насыщенному, а затем быстро, но осторожно охладить полученный раствор, осадок может не выпасть. Если в такой раствор бросить кристалл соли и перемешать или потереть стеклянной палочкой о стенки сосуда, то из раствора выпадут кристаллы соли. Следовательно, в охлажденном растворе содержалось соли больше, чем это отвечало се растворимости при данной температуре. Такие растворы называются пересыщенными .

Свойства растворов всегда отличаются от свойств растворителя. Раствор закипает при более высокой температуре, чем чистый растворитель. Температура затвердевания, наоборот, у растворов ниже, чем у растворителя.

По характеру взятого растворителя растворы делятся на водные и неводные . К последним относятся растворы веществ в органических растворителях (спирт, ацетон , бензол , хлороформ и т. д.). Растворителем большинства солей, кислот и щелочей служит вода. Биохимики редко пользуются такими растворами, они чаще работают с водными растворами веществ.

В каждом растворе содержание вещества различно, поэтому важно знать количественный состав раствора. Существуют различные способы выражения концентрации растворов : в массовых долях растворенного вещества, молях на 1 л раствора, эквивалентах на 1 л раствора, граммах или миллиграммах на 1 мл раствора и др.

Массовая доля растворенного вещества определяется в процентах. Поэтому эти растворы называются процентными растворами .

Массовая доля растворенного вещества (ω) выражает отношение массы растворенного вещества (m 1) к общей массе раствора (m).

ω = (m 1 /m) х 100%

Массовую долю растворенного вещества принято выражать на 100 г раствора. Следовательно, 10% раствор содержит 10 г вещества в 100 г раствора или 10 г вещества и 100-10 = 90 г растворителя.

Молярная концентрация определяется количеством молей вещества в 1 л раствора. Молярной концентрацией раствора (М) называют отношение количества растворенного вещества в молях (ν) к определенному объему этого раствора (V).

Объем раствора обычно выражают в литрах. В лабораториях величину молярной концентрации принято обозначать буквой М. Так, одномолярный раствор обозначается 1 М (1 моль/л), децимолярный - 0,1 М (0,1 моль/л) и т.д. Для того чтобы установить, какое количество граммов данного вещества находится в 1 л раствора заданной концентрации, необходимо знать его молярную массу (см. таблицу Менделеева). Известно, что масса 1 моль вещества численно равна его молярной массе, например молярная масса хлорида натрия равна 58,45 г/моль, следовательно, масса 1 моль NaCl равна 58,45 г. Таким образом, 1 М раствор NaCl содержит 58,45 г хлорида натрия в 1 л раствора.

Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация) определяется числом эквивалентов растворенного вещества в 1 л раствора.

Разберем понятие «эквивалент». Например, в НСl содержится 1 моль атомарного водорода и 1 моль атомарного хлора. Можно сказать, что 1 моль атомарного хлора эквивалентен (или равноценен) 1 моль атомарного водорода, или эквивалент хлора в соединении НСl равен 1 моль.

Цинк с водородом не соединяется, но вытесняет его из ряда кислот:

Zn + 2НС1 = Zn С1 2 + Н 2

Из уравнения реакций видно, что 1 моль цинка замещает 2 моль атомарного водорода в хлороводородной кислоте. Следовательно, 0,5 моль цинка эквивалентен 1 моль атомарного водорода, или эквивалент цинка для данной реакции будет равен 0,5 моль.

Эквивалентами могут быть и сложные соединения, например в реакции:

2NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O

1 моль серной кислоты вступает в реакцию с 2 моль гидроксида натрия. Отсюда следует, что 1 моль гидроксида натрия эквивалентен в данной реакции 0,5 моль серной кислоты.

Необходимо помнить, что в любой реакции вещества реагируют в эквивалентных количествах . Для приготовления растворов, содержащих определенное количество эквивалентов данного вещества, необходимо уметь подсчитать молярную массу эквивалента (эквивалентную массу), т. е. массу одного эквивалента. Эквивалент (а, следовательно, и эквивалентная масса) не является постоянной величиной для данного соединения, а зависит от типа реакции, в которую вступает соединение.

Эквивалентная масса кислоты равна ее молярной массе, деленной на основность кислоты. Так, для азотной кислоты HNO 3 эквивалентная масса равна ее молярной массе. Для серной кислоты эквивалентная масса равна 98:2 = 49. Для трехосновной фосфорной кислоты эквивалентная масса равна 98:3 = 32,6.

Таким способом вычисляется эквивалентная масса для реакций полного обмена или полной нейтрализации . При реакциях неполной нейтрализации и неполного обмена эквивалентная масса вещества зависит от течения реакции.

Например, в реакции:

NaOH + H 2 SO 4 = NaHSO 4 + H 2 O

1 моль гидроксида натрия эквивалентен 1 моль серной кислоты, поэтому в данной реакции эквивалентная масса серной кислоты равна ее молярной массе, т. е. 98 г.

Эквивалентная масса основания равна его молярной массе, деленной на степень окисления металла. Например, эквивалентная масса гидроксида натрия NaOH равна его молярной массе, а эквивалентная масса гидроксида магния Mg(OH) 2 равна 58,32:2 == 29,16 г. Так вычисляется эквивалентная масса только для реакции полной нейтрализации . Для реакции неполной нейтрализации эта величина также будет зависеть от течения реакции.

Эквивалентная масса соли равна молярной массе соли, деленной на произведение степени окисления металла на число его атомов в молекуле соли. Так эквивалентная масса сульфата натрия равна 142: (1х2) = 71 г., а эквивалентная масса сульфата алюминия Аl 2 (SO 4) 3 равна 342: (3х2) = 57 г. Однако если соль участвует в реакции неполного обмена , то учитывается только число атомов металла, участвующих в реакции.

Эквивалентная масса вещества, участвующего в окислительно-восстановительной реакции , равна молярной массе вещества, деленной на число электронов, принятых или отданных данным веществом. Следовательно, прежде чем производить вычисление, необходимо написать уравнение реакции:

2CuSO 4 + 4KI = 2CuI + I 2 + 2K 2 SO 4

Cu 2+ + e - à Cu +

I - - e - à I o

Эквивалентная масса CuSO 4 равна молярной массе (160 г). В лабораторной практике применяют название «нормальная концентрация», которая обозначается в различных формулах буквой N, а при обозначении концентрации данного раствора буквой «н». Раствор, содержащий 1 эквивалент в 1 л раствора, называется однонормальным и обозначается 1 н., содержащий 0,1 эквивалент - децинормальным (0,1 н.), 0,01 эквивалент - сантинормальным (0,01 н.).

Титр раствора - количество граммов вещества, растворенного в 1 мл раствора. В аналитической лаборатории концентрацию рабочих растворов пересчитывают непосредственно на определяемое вещество. Тогда титр раствора показывает, какому количеству граммов определяемого вещества соответствует 1 мл рабочего раствора.

Концентрацию растворов, применяемых в фотометрии так называемых стандартных растворов , выражают обычно количеством миллиграммов в 1 мл раствора.

При приготовлении растворов кислот часто применяется концентрация 1:х, показывающая, сколько объемных частей воды (Х) приходится на одну часть концентрированной кислоты.

К приблизительным растворам относятся растворы, концентрация которых выражена в процентах, а также растворы кислот, концентрация которых обозначена выражением 1:х. Перед приготовлением растворов подготавливают посуду для приготовления и хранения их. Если готовят небольшое количество раствора, которое будет использовано в течение дня, то его не обязательно переливать в бутыль, а можно оставить в колбе.

На колбе необходимо написать специальным восковым карандашом (или маркером) формулу растворенного вещества и концентрацию раствора, например НС1 (5%). При длительном хранении на бутыль, в которой будет храниться раствор, обязательно наклеивают этикетку с указанием, какой раствор в ней находится и когда он приготовлен.

Посуда для приготовления и хранения растворов должна быть чисто вымыта и сполоснута дистиллированной водой.

Для приготовления растворов следует применять только чистые вещества и дистиллированную воду. Перед приготовлением раствора необходимо произвести расчет количества растворяемого вещества и количества растворителя. При приготовлении приблизительных растворов количество растворяемого вещества рассчитывают с точностью до десятых долей, значения молекулярных масс берут округленно до целых чисел, а при расчете количества жидкости доли миллилитра не учитывают.

Техника приготовления растворов различных веществ различна. Однако при приготовлении любого приблизительного раствора навеску берут на технохимических весах, а жидкости отмеривают мерным цилиндром.

Приготовление растворов солей . Требуется приготовить 200 г 10% раствора нитрата калия КNО 3 .

Расчет необходимого количества соли производят согласно пропорции:

100 г - 10 г КNО 3

200 г - Х г КNО 3 Х = (200 х 10) / 100 = 20 г КNО 3

Количество воды: 200-20=180 г или 180 мл.

Если соль, из которой приготовлен раствор, содержит кристаллизационную воду , то расчет будет несколько иной. Например, требуется приготовить 200 г 5% раствора СаСl 2 , исходя из СаСl 2 x 6H 2 O.

Вначале производят расчет для безводной соли:

100 г - 5 г СаСl 2

200 г - Х г СаСl 2 Х = 10 г СаСl 2

Молекулярная масса СаСl 2 равна 111, молекулярная масса СаСl 2 x 6H 2 O - 219, следовательно, 219 г СаСl 2 x 6H 2 O содержит 111 г СаСl 2 .

Т.е. 219 - 111

Х - 10 Х = 19,7 г. СаСl 2 x 6H 2 O

Для получения требуемого раствора необходимо отвесить 19,7 г соли СаСl 2 x 6H 2 O. Количество воды равно 200-19,7=180,3 г, или 180,3 мл. Воду отмеривают мерным цилиндром, поэтому десятые доли миллиметра в расчет не принимают. Следовательно, нужно взять 180 мл воды.

Раствор соли готовят следующим образом. На технохимических весах отвешивают необходимое количество соли. Аккуратно переносят навеску в колбу или стакан, где будут готовить раствор. Отмеривают нужное количество воды мерным цилиндром и выливают в колбу с навеской голи примерно половину отмеренного количества. Энергичным помешиванием добиваются полного растворения взятой навески, причем иногда для этого необходимо нагревание. После растворения навески добавляют остальное количество воды. Если раствор мутный, то его отфильтровывают через складчатый фильтр.

Приготовление растворов щелочей . Расчет количества щелочи, необходимого для приготовления раствора той или иной концентрации, производят так же, как для растворов солей. Однако твердая щелочь, особенно не очень хорошо очищенная, содержит много примесей, поэтому рекомендуется отвешивать щелочи в количестве, больше рассчитанного на2-3%. Техника приготовления растворов щелочей имеет свои особенности.

При приготовлении растворов щелочей нужно соблюдать следующие правила:

1. Кусочки щелочи следует брать щипцами, пинцетом, а если необходимо взять их руками, то обязательно в резиновых перчатках. Гранулированную щелочь в виде маленьких лепешечек насыпают фарфоровой ложкой.

2. Отвешивать щелочь на бумаге нельзя; для этого следует использовать только стеклянную или фарфоровую посуду.

3. Щелочь нельзя растворять в толстостенных бутылях, так как при растворении происходит сильное разогревание раствора; бутыль может лопнуть.

Отвешенное на технохимических весах количество щелочи помещают в большую фарфоровую чашку или стакан. В эту посуду наливают такое количество воды, чтобы раствор имел концентрацию 35-40%. Перемешивают раствор стеклянной палочкой, пока вся щелочь не растворится. Затем раствор оставляют стоять до остывания и выпадения осадка. Осадок представляет собой примеси (в основном карбонаты), которые не растворяются в концентрированных растворах щелочей. Оставшуюся щелочь осторожно сливают в другой сосуд (лучше с помощью сифона), куда доливают нужное количество воды.

Приготовление растворов кислот . Расчеты для приготовления растворов кислот иные, чем при приготовлении растворов солей и щелочей, так как концентрация растворов кислот не равна 100% из-за содержания воды; нужное количество кислоты не отвешивают, а отмеривают мерным цилиндром. При расчетах растворов кислот используют стандартные таблицы, в которых указан процент раствора кислоты, плотность данного раствора при определенной температуре и количество этой кислоты, содержащееся в 1л раствора данной концентрации.

Например, требуется приготовить 1 л 10% раствора HCl, исходя из имеющейся 38,0 % кислоты с плотностью 1,19. По таблице находим, что 10% раствор кислоты при комнатной температуре имеет плотность 1, 05, следовательно, масса 1л ее равна 1,05 x 1000== 1050 г.

Для этого количества рассчитывают содержание чистого HCl:

100 г - 10 г HCl

1050 г - Х г HCl Х = 105 г HCl

Кислота, имеющая плотность 1,19, содержит 38 г HCl, следовательно:

Х = 276 г или 276: 1,19 = 232 мл.

Количество воды: 1000 мл - 232 мл = 768 мл.

Часто употребляют растворы кислот, концентрация которых выражена 1:х , где х - целое число, показывающее, сколько объемов воды надо взять на один объем концентрированной кислоты. Например, раствор кислоты 1:5 означает, что при приготовлении раствора смешали 5 объемов воды с 1 объемом концентрированной кислоты.

Например, приготовить 1 л раствора серной кислоты 1:7. Всего будет 8 частей. Каждая часть равна 1000:8 = 125 мл. Следовательно, нужно взять концентрированной кислоты 125 мл, а воды - 875 мл.

При приготовлении растворов кислот нужно соблюдать следующие правила:

1. Раствор нельзя готовить в толстостенной бутыли, так как при разбавлении кислот, особенно серной, происходит сильное разогревание. Растворы кислот готовят в колбах.

2. При разбавлении нельзя наливать воду в кислоту. В колбу наливают рассчитанное количество воды, а затем тонкой струёй, постепенно, при перемешивании добавляют нужное количество кислоты. Кислоту и воду отмеривают мерными цилиндрами.

3. После остывания раствора его переливают в бутыль и наклеивают этикетку; бумажную этикетку парафинируют; можно сделать этикетку особой краской прямо на бутылях.

4. Если концентрированная кислота, из которой будут готовить разбавленный раствор, хранится долгое время, то необходимо уточнить ее концентрацию. Для этого измеряют ее плотность и по таблице находят точное содержание кислоты в растворе.

Концентрацию точных растворов выражают в виде молярной или нормальной концентрации или титром. Эти растворы обычно употребляются при аналитических работах; в физико-химических и биохимических исследованиях их применяют нечасто.

Навески для приготовления точных растворов рассчитывают с точностью до четвертого десятичного знака, а точность молекулярных масс соответствует той точности, с которой они приведены в справочных таблицах. Навеску берут на аналитических весах; раствор готовят в мерной колбе, т. е. количество растворителя не рассчитывают. Приготовленные растворы не следует хранить в мерных колбах, их переливают в бутыль с хорошо подобранной пробкой.

Если точный раствор нужно перелить в бутыль или в другую колбу, то поступают следующим образом. Бутыль или колбу, в которую будут переливать раствор, тщательно моют, ополаскивают несколько раз дистиллированной водой и дают постоять в перевернутом виде, чтобы вода стекла, или сушат. Ополаскивают бутыль 2-3 раза небольшими порциями того раствора, который собираются переливать, а затем переливают сам раствор. Каждый точный раствор имеет свой предельный срок хранения.

Расчеты при приготовлении молярных и нормальных растворов проводят следующим образом .

Пример 1.

Требуется приготовить 2 л 0,5 М раствора Na 2 CO 3 . Молярная масса Na 2 CO 3 равна 106. Следовательно, 1 л 0,5 М раствора содержит 53 г Na 2 CO 3 . Для приготовления 2 л необходимо взять 53 x 2 = 106 г Na 2 CO 3 . Это количество соли будет содержаться в 2 л раствора.

Иной способ визуализации расчета:

1л 1M раствора Na 2 CO 3 содержит 106 г Na 2 CO 3

(1л - 1M - 106 г)

2 л 1M раствора Na 2 CO 3 содержит х г Na 2 CO 3

(2л - 1M - х г);

при подсчете «рукой закрывается» центральная часть выражения (1M)

Находим, что 2 л 1M раствора Na 2 CO 3 содержит 212 г Na 2 CO 3

(2л - 1M - 212 г)

А 2 л 0,5M раствора Na 2 CO 3 («закрывается левая часть») содержит х г Na 2 CO 3 (2 л - 0,5 M - х г)

Т.е. 2 л 0,5M раствора Na 2 CO 3 содержит 106 г Na 2 CO 3

(2 л - 0,5 M - 106 г).

Препарат Дорогова АСД-2 широко используется для терапии различных заболеваний человека и животных. Он предназначен как для внутреннего, так и для наружного применения. Но чаще всего не в чистом виде, а в растворах. Сегодня поговорим о том, как приготовить 1% раствор.

Как сделать 1%-й раствор АСД-2 для спринцевания, обработки кожи и компрессов?

Схемы и способы использования состава несложные. Ученый А.В. Дорогов разработал несколько протоколов приема препарата для терапии разных патологий. Именно по этим схемам и лечатся пациенты. Средство рекомендовано также и для наружного применения: примочек, микроклизм и промывания влагалища.

Для спринцевания следует использовать 1-процентный раствор. Готовится он очень просто. Необходимо смешать нужное количество капель или миллилитров лекарства с прокипяченной немного остуженной водой. Соотношение компонентов – 1:100.

Если мы берем 1 мл лекарства, то его необходимо смешать с 99 мл воды. Как это легче и правильнее сделать:

1. набираем в мерный стаканчик 100 мл кипяченой воды;
2. отбираем шприцем 1 мл (кубик) воды из стакана, осталось 99 мл;
3. другим шприцем через прокол резиновой пробки, согласно инструкции набора препарата, набираем 1 кубик АСД-2;
4. окунаем иглу шприца с лекарством в воду;
5. осторожно выдавливаем препарат;
6. дополнительного перемешивания не требуется, лекарство само быстро смешивается с водой;
7. используем приготовленный раствор сразу, не храним, иначе потеряются его целебные качества.

Внимание! Во время отбора лекарства нельзя вскрывать флакон. При взаимодействии адаптогена с воздухом теряются лечебные свойства состава, и он попросту становится неактивным.

Так как стимулятор обладает специфическим, довольно неприятным ароматом, смешивать его с водой предпочтительне у открытого окна и стараться не вдыхать пары препарата.

В каких случаях применять?

Наружное использование антисептика-стимулятора способствует излечению самых разных недугов, в том числе гинекологических и кожных. Лекарство обладает мощным противовоспалительным, ранозаживляющим, антибактериальным и антисептическим воздействием. Применение раствора поможет в:

• излечении кожных заболеваний: псориаза, нейродермита, трофических язв, экзем;
• терапии патологий кожных покровов грибкового происхождения;
• ускорении процесса заживления ран;
• лечении гинекологических недугов: молочницы, эндометриоза, эрозии шейки матки, миомы матки.

Спринцевания разбавленной жидкостью необходимо проводить два-три раза в сутки. Продолжительность терапевтического курса – до полного выздоровления.

Препарат Дорогова весьма эффективен и уникален. Применяйте его по назначению и в правильных дозировках, и он поможет в излечении от многих недугов.