Stężenie procentowe roztworu

STĘŻENIE PROCENTOWE ROZTWORU

Każdy z nas kiedyś solił wodę, rozcieńczał sok, rozcieńczał esencję herbacianą. A jeśli tego nie robił, to z pewnością kiedyś to uczyni. Chemia ma jedno wspólne określenie na takie mieszaniny: roztwór. Zatem mama mówi o posoleniu wody do kiszenia ogórków, a chemik myśli o sporządzeniu roztworu soli ;).

Czym się charakteryzuje roztwór? Popatrzmy na solankę, herbatę, czy rozcieńczony sok. Nie zauważamy tam żadnych drobinek dwóch substancji – mówimy, że roztwór jest mieszaniną jednorodną.

Na każdym etapie nauki spotkać się możemy z rozmaitymi zadaniami z chemii, w których będzie mowa o stężeniu. Takie zadania to klasyka, co nie oznacza, że prościajstwo. Często takie zadania sprawiają nielada kłopot. Aby je rozgryźć, musimy rozumieć wszystkie pojęcia występujące w zadaniu, musimy wiedzieć, co z zadania wynika i musimy wiedzieć, jak policzyć to, co jest nieznane.

Wiemy już, co to jest roztwór. Solanka do kiszenia ogórków, herbata sporządzona z esencji, czy rozcieńczony sok, to przykład roztworu dwuskładnikowego, np. soli i wody. Są również roztwory wieloskładnikowe, np. syrop na kaszel, ale o nich nie będziemy teraz myśleć.

Czy roztwór, to zawsze ciecz? Tak mogłoby wynikać z zadań, należy jednak pamiętać, że istnieją roztwory we wszystkich trzech stanach skupienia są zatem roztwory:

  • stałe, których przykładem może być brąz, czyli stop miedzi z cyną, czy amalgamaty – stopy metali z rtęcią;

  • ciekłe, powstałe zarówno przez rozpuszczenie w cieczy ciała stałego (np. soli), innej cieczy (np. esencji herbacianej), czy gazu (np. w wodzie jest rozpuszczona pewna ilośc tlenu, dzięki któremu oddychają zwierzęta wodne). Oczywiście cieczą, w której coś się rozpuszcza, może być nie tylko woda, jest bardzo dużo rozpuszczalników, wymienię kilka: aceton, chloroform, benzyna, etanol…

  • gazowe (na przykład powietrze)

Na szczęście w zadaniach będziemy mieć do czynienia wyłącznie z roztworami ciekłymi, a jeszcze zawężając: z roztworami wodnymi, czyli jakąś substancję rozpuszczono w wodzie. Zarówno ta substancja, jak i woda, mają swoje nazwy.

W zadaniach może być napisane, że np. „zmieszano ze sobą x gramów soli z y gramami wody”. Takie zmieszanie składników, to rozpuszczenie soli w wodzie. Sól, czy też jakąkolwiek inną substancję, którą mieszamy z wodą, nazywać będziemy substancją rozpuszczoną, natomiast wodę, czyli to, w czym rozpuszczamy, nazwiemy rozpuszczalnikiem. Zatem mama prosi o sporządzenie solanki do kiszenia ogórków, a chemik sporządza roztwór wodny soli, czyli substancja rozpuszczona jest sól, rozpuszczalnikiem woda. Proste. Pamiętajmy jednak, że substancją rozpuszczoną może też być ciecz, np. zmieszano kwas azotowy i wodę. Co będzie substancją rozpuszczoną, a co rozpuszczalnikiem? Zasada jest taka: jako rozpuszczalnik traktujemy to, czego jest w roztworze więcej.

Jak określić ilość substancji rozpuszczonej w wodzie, czyli np. soli wymieszanej z wodą? Przepis na kiszenie ogórków mówi np. jedną łyżkę soli na litr wody. Jest to określenie trochę nieprecyzyjne, bo jedna osoba wsypie do litra wody płaską łyżkę soli, druga osoba z lekkim czubeczkiem, a trzecia czubatą łyżkę. I tym sposobem ogórki kiszone w wykonaniu mamusi będą smakowały ciut inaczej, niż te kiszone przez ciocię, choć obie korzystały z niezawodnego przepisu prababci ;). Chemia, jako że jest nauką ścisłą, ma specjalną nazwę na ilość substancji znajdującej się w roztworze – jest to stężenie roztworu. Stężenie roztworu bardzo dokładnie określa nam ilość substancji rozpuszczonej w jakiejś jednostce roztworu. Możemy zatem powiedzieć, że stężenie solanki wynosi łyżka soli na litr wody. Oznacza to, że jeśli ogórki obrodziły i mamusia potrzebuje 5 litrów solanki, to nie musimy przygotowywać pięc litrowych naczyń, lecz jedno duże, w którym cały roztwór się zmieści.

Oczywiście stężenie solanki określone w łyżkach na litr nie jest stężeniem wyrażonym w języku chemicznym. Chemia zna kilka dokładnych sposobów na określenie stężenia roztworu, najczęściej stosowanym jest stężenie procentowe.

Stężenie procentowe to liczba gramów związku, jaka jest obecna w 100 g roztworu i wyrażona w procentach.

Można to opisać wzorem. Stężenie procentowe oznacza się symbolem Cp.

ms -> masa substancji rozpuszczonej

mr -> masa roztworu

Roztwór, to substancja rozpuszczona i rozpuszczalnik, czyli na masę roztworu ms składa się zarówno masa substancji rozpuszczonej ms, jak i masa rozpuszczalnika mrozp, stąd zapis po drugim znaku równości.

Stężenie procentowe zawiera się pomiędzy 0 % i 100 %. Skąd te dwie wielkości? Jeśli mamy w naczyniu samą wodę, bo nie wsypalismy tam soli, to mamy tam 0 % substancji rozpuszczonej, natomiast jeśli w naczyniu mamy tylko substancję rozpuszczoną, bez wody, to stanowi ona całość, czyli 100 %.

Zabieramy się za rozwiązywanie najprostszych zadań o stężeniu procentowym. Kiedy już znamy podstawowe pojęcia z nim związane, czytamy zadanie ze zrozumieniem, jeśli jednokrotnie przeczytanie niewiele daje, czytamy ponownie. Próbujemy sobie wyobrazić sytuację opisaną w zadaniu, to często pomaga. Wypisujemy to, co wiemy z zadania, czyli dane. Osobno wypisujemy to, czego poszukujemy, co mamy policzyć, czyli szukane. Piszemy wzór, z którego należy policzyć szukane i zastanawiamy się, czy ten wzór trzeba jakoś przekształcić. Liczymy.

Przykład 1.

W 200 gramach roztworu znajduje się 10 gramów substancji. Oblicz stężenie procentowe roztworu.

Rozwiązanie:

Wyobrażamy sobie, że mamy np. słoik, w którym jest 200 gramów roztworu soli kuchennej (mr = 200 g), w tych 100 gramach roztworu jest 10 gramów soli, czyli substancji rozpuszczonej (ms = 10 g). Mamy policzyć, jakie jest stężenie roztworu otrzymanego poprzez rozpuszczenie tych 10 gramów soli (Cp = ?)

Dane:

mr = 200 g

ms = 10 g

Szukane:

Cp = ?

Korzystamy ze wzoru: Cp = ( ms / mr ) x 100 %. Podstawiamy to, co wiemy, czyli:
Cp = (10 g / 200 g) x 100 % = 1/20 x 100 % = 5 %.
Ponieważ w liczniku i mianowniku ułamka (tj. 10 g / 200 g) znalazły się te same jednostki, więc zostały skrócone.

Odpowiedź: Stężenie procentowe tego roztworu wynosi 5 %.

Przykład 2

Oblicz stężenie roztworu otrzymanego przez rozpuszczenie 5 g cukru w 150 g wody.

Rozwiązanie:

Wyobrażamy sobie, że do naczynia zostało wlane 150 g wody (mrozp = 150 g), po czym wsypano tam 5 gramów cukru (ms = 5 g) i zamieszano. Powstał roztwór. Jego masa wynosi: 150 g wody + 5 g cukru = 155 g roztworu (mr = 155 g). Jakie jest stężenie tak sporządzonego roztworu?

Dane:

mrozp = 150 g

ms = 5 g

Szukane:

Cp = ?

Korzystamy ze wzoru:

Cp = ( ms / mr ) x 100 %

Ponieważ masa roztworu (mr) to masa substancji rozpuszczonej (ms) plus masa rozpuszczalnika (mrozp):

mr = ms + mrozp

więc korzystamy z rozbudowanej formy wzoru na stężenie:

Cp = [ ms / (ms + mrozp) ] x 100 %

Cp = 5 g / (5 g + 150 g) x 100 % = 5 g / 155 g x 100 % = 0,03 x 100 % = 3 %

Odpowiedź: Stężenie procentowe tego roztworu wynosi 3 %.

Przykład 3:

Do 100 g 15 % roztworu NaOH dodano 30 g NaOH. Oblicz stężenie procentowe nowego roztworu.

Rozwiązanie:

Wyobrażamy sobie, że mamy w zlewce 100 g roztworu. Okazał się on dla nas nie dość stężony, więc dosypaliśmy jeszcze 30 g i wymieszaliśmy, aż wodorotlenek się rozpuścił. Otrzymaliśmy roztwór o nowym stężeniu, zawierający inną ilość substancji rozpuszczonej.

Dane:

Pierwotna masa roztworu: 100 g

Pierwotne stężenie roztworu: 15 %

Masa roztworu po dodaniu nowej porsji substancji: 100 g + 30 g = 130 g

Szukane:

Stężenie nowo otrzymanego roztworu.

Z definicji stężenia procenowego wynika, że w 100 g roztworu 15 % znajduje się 15 g substancji rozpuszczonej. Po dosypaniu 30 g tej substancji w nowym roztworze masa substancji rozpuszczonej, ms = 15 g + 30 g = 45 g

Korzystamy ze wzoru:

Cp = ( ms / mr ) x 100 %

Musimy zatem policzyć jeszcze masę nowego roztworu. Przedtem było go 100 g, dodaliśmy 30 g substancji, więc:

mr = 100 g + 30 g = 130 g

Zatem: Cp = ( 45 g / 130 g ) x 100 % = 0,346 x 100 % = 34,6 %

Odpowiedź: Stężenie tego roztworu wynosi 34,6 %.

W przyszłości wyjaśnię, jak zabrać się do zadań trudniejszych – wymagających przekształcenia wzoru, kilkuetapowych obliczeń lub zastosowania innej metody liczenia.

Your ads will be inserted here by

Easy Plugin for AdSense.

Please go to the plugin admin page to
Paste your ad code OR
Suppress this ad slot.

Kategorie: Artykuły chemiczne,Chemia

Tagi: ,,,,,

1 Komentarz

Pozostaw odpowiedź