Transcript: Concentraţia molară - aplicaţii

Am rezolvat data trecută câteva probleme legate de concentrații procentuale.
Haideți să facem acum și câteva exemple de calcul cu concentrații molar.
Pentru a calcula concentrația molară a unei soluții obținute prin dizolvarea unei mase de solut într-un anume volum,
putem fie să aplicăm direct formula concentrației molare,
concentrația molară fiind egală cu numărul de mol de solut supra volumul de soluție în litri,
fie putem să folosim regula de trei simplă, pornind de la definiția concentrației molare,
pentru a afla cât mol de solut se găsesc într-un volum de soluții.
Să zicem că suntem în laboratorul de chimie și trebuie să preparăm 500 ml de soluție de hidroxid de sodiu 0,2 molar
de care avem nevoie pentru un experiment.
În instrucțiunile experimentului scrie că pentru a obține această soluție trebuie să dizolvăm 4 grame de hidroxid de sodiu în apă.
Însă nu suntem atenți și dizolvăm 6 grame de hidroxid de sodiu.
Ne dăm seama de greșeală, dar experimentul este deja terminat.
Deci acum trebuie neapărat să aflăm ce concentrație molară avea de fapt soluția pe care am folosit-o noi la desfășurarea experimentului.
Deci masa de solut dizolvat este de 6 grame, iar volumul soluției este de 500 ml.
Mai întâi trebuie să calculăm masa molară a hidroxidului de sodiu.
Masa molară a hidroxidului de sodiu fiind egală cu suma maselor molare ale sodiului, oxigenului și hidrogenului,
valori pe care le găsim în tabelul periodic.
Deci 23 plus 16 plus 1 egal cu 40 grame pe mol.
Putem aplica formula de calcul pentru volumul în mililitri.
Concentrația molară este egală cu numărul de mol supra volum ori o mie.
Știm că numărul de mol este egal cu masa de solut, deci cu MD, supra masa molară, M, totul supra volum, ori o mie.
Deci concentrația molară este egală cu MD supra M ori o mie supra volum.
Și înlocuind cu valorile 6 supra 40 ori o mie supra 500, obținem că soluția noastră are o concentrație de 0.3 molar.
Sau am fi putut să transformăm de la început cei 500 de mililitri în 0.5 litri ca să nu ne mai complicăm.
Și astfel concentrația molară ar fost egală cu MD supra M ori 1 supra V.
Și bineînțeles că obținem tot o concentrație de 0.3 molar.
Și pentru cei cărora nu le prea plac formulele, aplicând definiția concentrației molare,
putem calcula cu regula de 3 simplă numărul de moli de hidroxid de sodiu din cele 6 grame de substanță care se află în cei 500 de mililitri de soluție.
Și apoi îi putem raporta la 1 litru, adică la o mie de mililitri de soluție.
Mai întâi trebuie să calculăm numărul de moli de hidroxid de sodiu.
După cum știm, numărul de moli este egal cu masa supra masa molară.
Deci în cazul nostru avem 6 grame supra 40 grame pe mol, adică avem 0.15 mol de hidroxid de sodiu.
Știm că 500 de mililitri de soluție conțin 0.15 mol de hidroxid de sodiu și trebuie să aflăm care este concentrația de hidroxid dintr-o mie de mililitri de soluție.
Dacă vă amintiți, concentrația molară reprezintă numărul de moli care se găsesc într-un litru de soluție sau o mie de mililitri.
Deci înmulțind diagonalele, obținem următoarea relație matematică 500 de mililitri ori concentrația molară egal cu 1000 de mililitri ori 0.15 mol.
Și din această relație deducem că valoarea concentrației molare este egală cu 1000 ori 0.15 supra 500, deci este egală cu 0.3 molar.
Pentru a prepara o soluție de o anumită concentrație necesară într-un experiment, avem nevoie de condiții care să asigure obținerea unei concentrații exacte.
Pentru aceasta folosim instrumente de măsură precise, balanța analitică pentru cântărirea cât mai exactă a masei de solut și balon cotat pentru măsurarea volumului de soluție.
Pentru a prepara 500 de mililitri de soluție de dichromat de potasiu de concentrație 0.05 molar, trebuie să parcurgem mai multe etape.
Mai întâi calculăm masa de dichromat de potasiu de care avem nevoie.
Din formula concentrației molare, obținem numărul de moli care este egal cu volumul ori valoarea concentrației molare, adică este egal cu 0.5 litri ori 0.05 mol pe litru.
Și vedem că avem 0.025 mol de dichromat de potasiu.
După aceasta, trebuie să calculăm masa molară a dichromatului, care este egală cu 2 ori masa molară a potasiului plus 2 ori masa molară a cromului și plus 7 ori masa molară a oxigenului.
Și făcând calculele cu valoarele pe care le avem în tabelul periodic, obținem că masa molară a dichromatului de potasiu este egală cu 294 grame pe mol.
Noi știm acum numărul de mol și masa molară, deci putem afla masa de solut, care va fi egală cu produsul dintre numărul de mol și masa molară, adică cu 0.025 mol ori 294 grame pe mol, și astfel obținem o masă de solut de 7.35 grame dichromat de potasiu.
În următorul pas, cântărim cantitatea obținută la balanță analitică pe o sticlă de ceas și apoi introducem cu grijă substanța în balonul cotat de 500 ml.
În pasul 4, adăugăm apă până la aproximativ jumătate din balon și agităm până când dichromatul se dizolvă.
În pasul 5, trebuie să aducem la semn, adică să completăm cu apă până când meniscul soluției este tangent la semnul de pe balon, deci când privim balonul cotat, meniscul trebuie să arate exact ca în imagine.
Și astfel am obținut o soluție de dichromat de potasiu de exact 0.05 molar.
În continuare, haideți să mai vedem încă un exemplu despre cum putem calcula masa de solut dintr-un volum de concentrație molară cunoscută.
Să zicem că am găsit pe internet un experiment pe care vrem să-l facem și noi în laborator.
În experiment se folosesc 500 ml de soluție de hidroxid de sodiu de concentrație 0.3 molar.
Ce cantitate de hidroxid de sodiu trebuie să folosim pentru a obține și noi aceeași soluție?
Știm din prima problemă că masa molară a hidroxidului de sodiu este egală cu 40 grame pe mol.
Și haideți să transformăm volumul din 500 ml în 0.5 litri.
Aplicând direct formulele de calcul, aflăm numărul de mol în acest fel.
Concentrația molară este egală cu numărul de mol pe volum.
Deci numărul de mol este egal cu produsul dintre concentrație molară și volum, adică cu 0.3 mol pe litru ori 0.5 litri.
Și astfel obținem că numărul de mol este egal cu 0.15 mol de hidroxid de sodiu.
Cunoaștem numărul de mol și masa molară de hidroxid de sodiu.
Deci masa de hidroxid de sodiu va fi egală cu produsul dintre numărul de mol și masa molară, adică va fi egală cu 0.15 mol ori 40 grame pe mol.
Și astfel obținem o masă de 6 grame de hidroxid de sodiu.
Deci acum putem prepara soluția de care avem nevoie pentru a efectua experimentul.
În continuare vom face și o problemă cu acizi.
Acidul clorhidric în soluție apoasă cu o concentrație de aproximativ 20% este folosit foarte des în analize cantitative în laboratoarele de chimie.
Să vedem de ce volum de soluție apoasă de aciz clorhidric 20% am avea nevoie pentru a prepara 500 ml de soluție 2 molar.
Deci cunoaștem concentrația procentuală care este 20%.
Mai știm și că densitatea acidul clorhidric este de 1.12 grame pe mililitru.
Volumul de soluție de care avem nevoie este de 500 ml.
Iar concentrația acestei soluții este 2 molar.
Iar pe noi ne interesează volumul de acid clorhidric 20% de care avem nevoie pentru a obține acea soluție 2 molar.
Pornim de la soluția de concentrație 2 molar de care avem nevoie.
Trebuie să vedem ce masă în grame de acid clorhidric conține această soluție.
Mai întâi calculăm masa molară acidului clorhidric, care este egală cu masa molară hidrogenului plus masa molară clorului, deci cu 36.5 grame pe mol.
În soluția noastră 2 molar avem deci 2 mol de acid clorhidric într-un litru de soluție.
Astfel, cunoscând și masa molară, putem calcula masa de acid clorhidric care se găsește într-un litru de soluție 2 molar,
prin produsul dintre numărul de mol și masa molară și obținem că 2 x 36.5 este egal cu 73 grame de acid clorhidric.
Din definiția concentrației molare putem calcula masa M de acid clorhidric gazos de care avem noi nevoie pentru cei 500 ml de soluție.
Într-un litru de soluție 2 molar, adică 1000 ml, avem, după cum am calculat mai devreme, 73 grame de acid clorhidric.
Deci în 500 ml de soluție 2 molar vom avea o masă M care este egală cu 73 grame ori 500 ml totul supra 1000 ml, deci cu 36.5 grame de acid clorhidric.
Pentru a afla volumul de soluție de acid clorhidric 20% de care avem noi nevoie, trebuie mai întâi să aflăm volumul de soluție de acid clorhidric 20% care corespunde unei mase de 100 grame.
În alte cuvinte, conform definiție concentrației procentuale, avem 20 grame de acid clorhidric în 100 grame de soluție.
Dar pe noi ne interesează ce volum ocupă aceste 100 grame de soluție, iar asta putem afla folosindu-ne, bineînțeles, de densitate.
De aici putem scoate relația pentru volum, adică volumul va fi egal cu masa de soluție de acid clorhidric supra valoarea densității acidului clorhidric, adică cu 100 grame supra 1,12 grame pe mililitru.
Și obținem astfel că 100 grame de acid clorhidric ocupă un volum de 89,28 mililitri.
Așadar, conform definiției concentrației procentuale, în acești 89,28 mililitri de soluție de acid clorhidric 20%, avem 20 grame de acid clorhidric gazos.
Iar volumul de care avem noi nevoie conține 36,5 grame de acid clorhidric.
Și aplicând regula de 3 simplă, obținem că volumul nostru este egal cu 89,28 mililitri ori 36,5 grame totul supra 20 de grame
și este egal cu 162,93 mililitri soluție de acid clorhidric 20%.
Deci, dacă adăugăm în apă acest volum de acid clorhidric 20% până la 500 mililitri, vom obține soluția de acid clorhidric 2 molarde care aveam nevoie.
Dacă ne aflăm într-un laborator și trebuie să preparăm această soluție, nu procedăm ca în cazul obținării soluției de biclomat de potasiu,
în sensul că în niciun caz nu punem acidul într-un balon cotat după care să adăugăm apă peste el pentru a-l aduce la sem.
Rețineți că niciodată nu adăugăm apă peste acid, ci numai invers, adăugăm acid peste apă, dar treptat prin picurare.
Asta deoarece între acid și apă are loc o reacție exotermă, adică o reacție prin care se generează căldură.
Dacă adăugăm apă oricât de puțină peste o cantitate mare de acid, are loc o reacție violentă și ne-am putea răni pe noi sau pe colegii din jurul nostru.
Când adăugăm cantități mici de acid într-o cantitate mai mare de apă,
apa va avea timp să medieze căldura generată de reacția cu acidul până când noi adăugăm următoarele picături de acid.
Deci, pentru a ne proteja la prepararea unei astfel de soluții, calculăm exact volumul de apă de care avem nevoie pentru volumul de soluție dorit
și peste acest volum de apă adăugăm treptat în cantități mici volumul de acid.
În ultimele două videouri am văzut că problemele de concentrații sunt logice iar formulele sunt ușor de aplicat,
odată ce am înțeles ce reprezintă concentrația molară și concentrația procentuală.