Ерітінділер концентрациясы. Заттар ерігіштігі


Ерітінді – екі не одан көп компоненттерден (құрамына кіретін заттар) тұратын гомогенді жүйе. Ерітінділер сұйық, қатты, газ тәріздес болады. Ең маңызды ерітінділер – сұйық ерітінділер, олар газ, сұйық, қатты заттардың сұйықтағы ерітіндісі. Адам, жануарлар, өсімдіктер ерітіндісіз өмір сүре алмайды (ас қорыту – көректік заттар ерітіндіге айналады; қан, лимфа – ерітінді). Химиялық процестермен байланысты өндіріс салаларының барлығы ерітіндіні пайдаланады.

Ерітінді еріген зат пен еріткіштен тұрады. Еріткіш еріген заттан көп болады. Көбінесе еріткіш ретінде су алынады. Ерітінділердегі бөлшектердің мөлшеріне қарай ерітінділер жүзгін (суспензия, эмульсия), бөлшек мөлшері (радиустары) – 10-5 − 10-3см; коллоидты ерітінділер –10-7 − 10-5см; шын (нағыз), молекулалық ерітінділер –10-8 − 10-7см аралығында болады. Нағыз ерітінділерде таралып жүрген зат жеке молекулаларға не жеке иондарға дейін ұсақталады. Олар өте тұрақты, ұзақ уақыт дисперстік фаза мен дисперсиялық ортаға ыдырамайды. Біз нағыз сулы ерітінделерді қарастырамыз. Ерітінділердің қасиеттері ерітіндіні құрайтын компоненттердің концентрациясына тәуелді болады.

Концентрация – еріген заттың ерітіндідегі мөлшерін көрсетеді. Егер

ерітіндінің концентрациясын сандық мөлшермен көрсетпесе, оларды

қанықпаған, қаныққан, аса қанық, сұйық, қою, концентрленген деп бөледі.

Қанықпаған ерітінді – еріген заттың жаңа мөлшерін әлі еріте алатын

ерітінді.

Қанық ерітінді – белгілі бір температурада затты одан әрі еріте алмайтын ерітінді.

Аса қанық ерітінді – сол температурадағы ерігіштігіне сәйкес еруге тиісті мөлшерден артық затты еріген күйде ұстай алатын ерітінді. Аса қанық ерітінді тұрақсыз, еріген заттың аз мөлшерін ғана ерітіндіге салса, артық еріген зат тез кристалданады.

Сұйық ерітінді – еріген заты аз ерітінді.

Қою ерітінді – еріген заты көп ерітінді.

Концентрленген ерітінді – өте қою ерітінділер.

Ерітіндідегі еріген заттың мөлшерін өлшемсіз бірлікпен – үлес не пайызбен, не өлшемді шамамен – концентрациялармен көрсетеді;

Массалық үлес (С) – еріген заттың массасының ерітіндінің жалпы массасына қатынасы;

Мольдік үлес (Ni) – еріген заттың (не еріткіштің) мөлшерінің ерітіндідегі барлық заттар мөлшерлерінің қосындысына қатынасы, егер n1 және n2 – еріткіш пен еріген зат мөлшері болса (тек бір ғана зат еріген болса), онда

N2 = n2/(n1 + n2); N1 = n1/(n1 + n2) мұндағы N2 және N1 еріген зат пен еріткіштің мольдік үлесі.

Молярлы концентрация(См) не молярлылық (М) – еріген заттың мөлшерінің ерітінді көлеміне қатынасы, моль/л.

Моляльды концентрация не моляльдылық (m) – еріген заттың мөлшерінің еріткіш массасына қатынасы, моль/кг (Н2О)

Эквиваленттің молярлы концентрациясы, Сн (нормальдылық)

еріген заттың эквиваленті санының ерітінді көлеміне қатынасы, моль/л.

1-мысал. 250г суда 50г темір(ІІ) сульфатының кристаллогидратын

FeSO4×7H2O еріткен. Ерітіндідегі кристаллогидрат пен сусыз темір(ІІ) сульфатының массалық үлесін есептеу керек.

Шешуі: Алынған ерітіндінің массасы 300г. Кристаллогидраттың массалық үлесі

300г ерітінді ----------- 100%

50г кристаллогидрат --- х%;

х = 16,7%.

50г кристаллогидраттағы сусыз тұздың массасы

278г/моль ----- 152г/моль

50г ------------- х, сонда х = 27,4г сусыз тұз массасы. 300г ерітіндідегі сусыз тұздың массалық үлесі С = 27,4 ×100/300 = 9,1% болады.

2-мысал. 8% (масс.) сусыз тұздың бір литр ерітіндісін дайындау үшін қанша су және мыс(ІІ) купоросын алу қажеттігін есептеу керек, ерітінді тығыздығы 1,084г/л.

Шешуі: 1 литр ерітіндінің массасы 1,084 × 1000 = 1084г. Осы ерітіндіде 8% сусыз тұздың массасы 1084 × 0,08 = 86,7г. CuSO4 ×5H2O 86,7г сусыз тұзы бар массасын пропорциядан анықтайды: 249,7 : 159,6 = х : 86,7. Одан, х = 135,6г. Ерітінді дайындау үшін қажет су массасы 1084 –135,6 = 948,4г.

3-мысал. 15% күкірт қышқылының ерітіндісінің (r = 1,10г/мл) моляльді, нормальды, молярлылы концентрацияларын табу керек.

Шешуі: 1000г суға санағанда келетін күкірт қышқылының моляльдығын анықтау үшін қажет қышқыл массасы 1000 : 85 = х : 15, сонда х = 176,5г. Күкірт қышқылының мольдік массасы 98г/моль, сонда

m = 176,5/98 = 1,80моль/кг. Молярлы және нормальды концентрациясын анықтау үшін 1000мл (яғни 1000 × 1,1 = 1100г) ерітіндідегі қышқыл массасын табады: 1100 : 100 = у : 15; одан у = 165г. Күкірт қышқылының эквивалент массасы 49г/моль, олай болса, Сн = 165/49 = 3,37моль/л,

См = 165/98 = 1,68моль/л.

4-мысал. 42мл күкірт қышқылын бейтараптау үшін 14мл 0,3н cілті қажет болса, қышқыл ерітіндісінің молярлылығын анықтау керек.

Шешуі: заттар өзара эквивалентті мөлшерде әрекеттесетіндіктен, былай жазуға болады:

Сн,қ ×Vқ = Сн,с×Vс, мұндағы қышқыл мен сілті концентрациялары мен көлемдері. Олай болса, Сн,қ × 42 = 14 × 0,3; Сн,қ = 0,1н. Қышқылдың эквиваленті 0,5моль, сонда молярлылығы 0,1 × 0,5 = 0,05моль/л болады.

5-мысал. 100мл 15%-дық (массасы бойынша) күкірт қышқылын дайындау үшін 96%-дық (массасы бойынша) (r = 1,84г/мл) қышқылдың қанша көлемін және қанша масса су алу керек?

Шешуі: 15%-дық 100мл қышқылды дайындау үшін қажет массасы

100мл × 1,10г/мл = 110г. 16,5г күкірт қышқылы бар 96%-дық ерітінді көлемін табу керек, ол үшін 1мл ерітінді массаы 1,84г болғандықтан, онда

1,84 × 0,96 = 1,77г H2SO4 болады. Олай болса, H2SO4 ерітіндісінің анықтау керек көлемі 16,5/1,77 = 9,32мл. Сонымен, 100мл 15%-дық H2SO4 ерітіндісін дайындау үшін 9,32мл 96 %-дық ерітінді және 110 – 16,5 = 93,5г су алады.

6-мысал. 10%-дық сілті ерітіндісін дайындау үшін 200мл 30%-дық (масса бойынша) NaOH ерітіндісіне (r = 1,33г/мл ) қанша су құю керек?

Шешуі: 200мл NaOH ерітіндісінің массасы 200мл × 1,33г/мл = 266г, сонда бұл ерітіндіде 266 ×0,3 = 79,8г 30%-дық NaOH болады. Есеп шарты бойынша бұл масса (79,8г) сұйытылған ерітіндінің жалпы массасының 10%-дық құрайды. Сонда алынған ерітінді массасы (79,8/10) ×100 = 798г болады. Олай болса, алғашқы ерітіндіге 798 – 266 = 532г су қосу керек.

7-мысал. 500мл 3М тұз қышқылының ерітіндісін дайындау үшін 2М және 6М ерітінділерінің қандай көлемдерін араластыру керек. Араластырған кезде көлемдер өзгерісін есептемеу керек.

Шешуі: 500мл 3М тұз қышқылында 0,5×3 = 1,5моль НСІ болады, 6М ерітінді көлемін х деп белгілесе, 2М ерітінді көлемі (0,5 – х)л, сонда х,л 6М ерітіндіде 6х моль НСІ болады, ал (0,5 – х) л 2М ерітіндіде – 2(0,5 - х) моль НСІ болады. Ерітіндідегі НСІ-дың жалпы мөлшері 1,5моль болатындықтан, былай жазамыз: 6х + 2(0,5 - х) = 1,5; х = 0,125л . Олай болса, қажет ерітіндіні дайындау үшін 125мл 6М және 375мл 2М НСІ ерітінділерін алып, араластырады.

Ерігіштік. Қаныққан ерітіндідегі еріген заттың шамасы – ерігіштік деп аталады. Заттардың ерігіштігі еритін зат пен еріткіштің табиғатына, температураға, ал газдар үшін қысымға да тәуелді болады. Қатты және сұйық заттың ерігіштігін ерігіштік коэффициентімен (К) көрсетеді, яғни 100г еріткіште қанық ерітінді түзгенге дейін ери алатын заттың массасы. Газдардың ерігіштігі абсорбция коэффициентімен сипатталады, ол еріткіштің бір көлемінде қанық ерітінді түзілгенге дейін еритін газдың көлемін көрсетеді.

Генри заңы бойынша тұрақты температурада сұйықтың берілген көлемінде еріген газ массасы сол газдың парциал қысымына тура пропорционал. Оның математикалық өрнегі: с = k × P, мұндағы с – газдың ерігіштігі, моль/л; Р – газдың парциал қысымы, атм; k – пропорционалдық коэффициент, не Генри коэффициенті, моль/л×атм. Генри заңынан газдың еритін көлемі (яғни абсорбция коэффициенті) сол (берілген) температурада газдың парциал қысымына тәуелді емес екендігін көруге болады.

Газдар қоспасының еруі Дальтон заңына бағынады: қоспадағы әр газдың ерігіштігі оның парциал қысымына тура пропорционал. Қатты заттардың суда еруі көбінесе эндотермиялық процесс, себебі көп жағдайда гидратация кезінде кристалдық торларды бұзуға жұмсалатын энергиядан аз энергия бөлінеді. Осы екі шаманың қатынасы ерудің жалпы жылу эффектісін (±Q) анықтайды. Егер Q мәні оң болса, қатты заттардың ерігіштігі температураны көтергенде, азаяды, теріс болғанда – артады. Ерігіштіктің температураға тәуелділігін график түрінде бейнелесе – ерігіштік қисығы тұрғызылады, одан заттарды қайта кристалдап тазалағанда алынған заттың шығымын не жоғалтылған мөлшерін анықтайды.

1-мысал. 500г калий селитрасын қайта кристалдап тазалау үшін 600г суда қыздырып еріткен. Алынған ерітіндіні 0°С температураға дейін суытқан. Сонда алынған таза тұздың және тұздың жоғалған мөлшерінің массалық үлестерін қанша болатынын есептеу керек.

Шешуі: Ерігіштік қисығы графигінен бұл тұздың 100г суда 0°С температурада 17г еритіндігін табады. Олай болса, кристалданған соң ерітіндіде 17× 6 = 102г тұз қалады. Тазаланған тұз массасы (шығымы)

500 – 102 = 398г болады, ол тазалауға алынған селитра массасының

398 × 100/500 = 79,6% құрайды. 0°С температурада еру әсерінен тұздың жоғалған шамасы 102× 100/500 = 20,4%.

2-мысал. 1л суда 20°С температурада және 1,013×105Па қысымда H2S газының 2,91л көлемі ерісе, сонда оның қанық ерітіндідегі массалық үлесі нешеге тең?

Шешуі: қ.ж. күкіртті сутектің көлемі 2,91×273/293 = 2,71л, ал оның осы көлемдегі массасы 34×2,71/22,4 = 4,11г. Алынған ерітіндінің массасы:

m (H2O) + m (H2S) = 1000 + 4,11 = 1004,11г, сонда H2S осы ерітіндідегі массалық үлесі 4,11×100/1004,11 = 0,4%.

3-мысал. 60°С температурада калий селитрасының қанық ерітіндісінде 52,4% (масса бойынша) тұз болса, осы температурадағы тұздың ерігіштік коэффициентін табу керек.

Шешуі: Мына пропорция бойынша

47,6г суға ------- 52,4г KNO3 келеді

100г суда ------- х , сонда х = 110г. Сонымен тұздың 60°С температурада 100г судағы ерігіштігі 110г болады.

4-мысал. 15%-дық 300г ерітіндіні суытқанда еріген заттың бір бөлігі тұнбаға түскен соң, ерітінді концентрациясы 8% болған. Заттың тұнбаға түскен массасын анықтау керек.

Шешуі: 300г 15%-дық ерітіндіде 45г еріген зат және 255г еріткіш бар. Ерітіндіні суытқанда еріткіш мөлшері өзгермейді. 255г еріткіштегі еріген затты пропорция құрып анықтайды:

92г еріткіште -------- 8г еріген зат бар

255г еріткіште -------- х сонда х = 22,2г.

Сонымен, ерітіндіні суытқанда 45 – 22,2 = 22,8г еріген зат тұнбаға түскен.

Өзін-өзі тексеруге арналған сұрақтар

1. Қаныққан, қанықпаған ерітінділер деген не?

2. Ерітінділер концентрацияларының түрлері;

3. Ерігіштік коэффициентінің мәні;

4. Ерігіштік қисығы арқылы қандай жағдайлар анықталады?

Практикалық сабақта және білім алушы оқытушы басшылығымен орындайтын (БОӨЖ) есептер мен жаттығулар

1. 8%-дық (масса бойынша) 5л (r = 1,075г/мл) ерітінді дайындау үшін қанша натрий сульфитін алады? Жауабы: 430г.

2. 25%-дық 1мл ерітіндіде 0,458г зат еріген болса, оның тығыздығы нешеге тең болады? Жауабы: 1,83г/мл.

3. 50%-дық 400г күкірт қышқылының ерітіндісінен 100г суды ұшырған соң, қалған ерітіндідегі күкірт қышқылының массалық үлесі нешеге тең болады? Жауабы: 66,7%.

4. Тұз қышқылының 9%-дық ерітіндісін алу үшін оның қ.ж. 67,2л көлемін судың қандай массасында еріту керек? Жауабы: 1107г.

5. 25%-дық КОН ерітіндісін алу үшін оның 1кг 50%-дық ерітіндісіне 20%- ды ерітіндісінен қанша қосу керек? Жауабы: 5кг.

6. 100 мл 20%-дық күкірт қышқылы ерітіндісіне (r = 1,075г/мл ) оның 5%-дық ерітіндісін алу үшін судың қандай көлемін қосады? Жауабы: 342мл.

7. 26%-дық КОН ерітіндісінің тығыздығы 1,24г/мл, оның 5л ерітіндісінде неше моль КОН болады? Жауабы: 28,7моль.

8. 5%-дық MgSO4 ерітіндісін дайындау үшін 400г MgSO4 ×2О алынған. Пайда болған ерітіндінің массасын анықтау керек. Жауабы: 3,90кг.

9. 50г мыс(ІІ) купоросын 450г суда еріткенде алынған ерітіндідігі сусыз мыс сульфатының массалық үлесін анықтау керек. Жауабы: 6,4%.

10. 8%-дық (масса бойынша) CuSO4 ерітіндісін алу үшін 25г CuSO4 ×5H2O қанша суда еріту керек? Жауабы: 175г.

11.14,35г AgCl тұнбасын алу үшін қанша 2% -ті AgNO3 ерітіндісі натрий хлоридінің артық мөлшерімен әрекеттеседі? Жауабы: 850г.

12. 15% -ті Н2SO4 ерітіндісін алу үшін 400г суда қанша грамм күкірт(VІ) оксидін еріту керек? Жауабы: 57,1г.

13. 28% -ті ортофосфор қышқылын алу үшін 426г фосфор(V) оксидін судың қандай көлемінде ерітеді? Жауабы: 1664мл.

14. Аммиакті катализатор қатысында оттегінің артық мөлшерінде тотықтырғанда азот қышқылы мен су түзіледі. Суда еріген азот қышқылының массалық үлесін анықтау керек. Жауабы: 77,78%.

15. Егер w2SO4) = 72% болса, одан а) 1кг; б) 1л алса, сонда ерітіндіде қанша масса күкірт қышқылы болады? Жауабы: а) 720 г; б) 1180,8 г.

16. 300 мл молярлы концентрациясы 0,2моль/л болатын ортофосфор қышқылын алу үшін қанша фосфор(V) оксидін суда еріту керек?

Жауабы: 4,26 г.

17. Егер 250мл ерітіндіде 7,5г алюминий сульфаты бар болса, оның молярлы концентрациясы және эквивалентінің молярлы концентрациясы қанша болады? Жауабы: 0,088 және 0,528моль/л.

18. Егер 1,2л ерітіндінің а) молярлы концентрациясы 0,2моль/л б) эквивалентінің молярлы концентрациясы 0,2моль/л болса, қанша грамм кристалдық соды Na2 CO3 ×10H2O алу керек? Жауабы: а) 68,64г; б) 34,32г.

19. 100мл (r = 1,06г/мл) 8 % -ті барий хлориді ерітіндісіне барий сульфаты тұнбасын алу үшін 139мл күкірт қышқылын қосқан, сонда а) қышқылдың молярлы концентрациясын және б) эквивалентінің молярлы концентрациясын анықтау керек. Жауабы: а) 0,294 б) 0,588моль/л.

20. 0,9600г (NH4)2SO4×FeSO4×6H2O кристаллогидраты сынамасындағы темірді анықтау үшін концентрациясы С(1/5КМnО4) болатын ерітіндіден қанша алу керек? Жауабы: 245мл.

21. 36,2%-дық (r = 1,18г/мл) НСІ ерітіндісінің молярлығы қанша? Жауабы: 11,7М.

22. 20°С температурада кадмий хлоридінің 100г суда ерігіштігі 114,4г. Оның массалық үлесі мен қанық ерітіндідегі моляльдығын есептеу керек. Жауабы: 53,3% және 6,22моль/кг.

23. 3л 0,4н күкірт қышқылының ерітіндісін дайындау үшін 96%-дық

(r = 1,84г/мл) ерітіндісінен қанша алу керек? Жауабы: 33,31мл.

24. Кальций карбонаты сынамасын еріту үшін 35мл 1,025н тұз қышқылы жұмсалған, сонда қанша тұз алынған? Есепті теңдеу құрмай шығару керек. Жауабы: 1,79г.

25. 18М күкірт қышқылының тығыздығы 1,84г/мл болса, оның молярлық үлесі және концентрациясы (%) қанша болған? Жауабы: 0,80; 96%.

26. 9%-дық (r = 1,035г/мл) сахароза (С12Н22О11) ерітіндісі үшін

а) молярлылығын б) моляльдылығын анықтау керек.

Жауабы: 0,27моль/л 0,29моль/кг.

27. 24,3г магнийді және 27,0г алюминийді еріту үшін 15%-дық

(r = 1,10г/мл) күкірт қышқылынан қанша алу керек? Жауабы: 594мл.

28. Калий хлоратының 100г суда 70°С-та ерігіштігі 30,2г, ал 30°С-тағы ерігіштігі 10,1г болса, 70г 70°С-тағы қанық ерітіндісін 30°С-қа дейін салқындатқанда қанша грамм калий хлораты бөлінеді? Жауабы: 10,8г.

29. Мыс сульфатының 100г судағы 30°С температурада ерігіштік коэффициенті 25г тең болса, осы температурада 18%-дық ерітіндісі қанық ерітінді бола ма? Жауабы: болмайды.

30. 20°С температурада аммиактың 1мл суда ерігіштігі 702мл болса, қанық ерітіндідегі массалық үлесін табу керек. Аммиактық парциалды қысымын қалыпты атмосфералық қысымға тең деп алу керек. Жауабы: 33,2%.

31. 0°С температурада көмір қышқыл газының абсорбция коэффициенті 1,71. Қандай қысымда оның ерігіштігі сол газдың сол температурада суда ерігіштігіне (16г/л) тең болады? Жауабы: 483кПа.

32. 25°С температурада 8,75г калий хлоридін 25г суда еріткенде қанық ерітінді пайда болады. Осы температурадағы оның ерігіштік коэффициентін анықтау керек. Жауабы: 35г тұз 100г суда.

33. Калий нитратын қайта кристалдау үшін 80°С температурада қанық ерітінді түзілгенше 200г суда ерітіп 0°С температураға дейін суытқан. Таза тұздың шығымы мен міндетті түрде жоғалатын бөлігінің массалық үлесін анықтау керек. 80°С температурада К(KNO3) = 170г, ал 0°С температурада – 17г. Жауабы: 90% және 10%.

34. Белгілі бір температурада күкіртті сутектің спиртегі (r = 0,8г/мл) ерігіштігі 10:1 көлемдік қатынасында болса, осындай ерітіндідегі оның массалық үлесін табу керек. Жауабы: 1,86%

35. Оттегі мен азоттың суда ерігіштігі сәйкесінше мынандай қатынаста 1:0,048 және 1:0,024. Суда еріген ауадағы оттегі мен азоттың көлемдк үлесін есептеу керек. Жауабы: 66,7 және 33,3%.