Основные теоретические положения. Раствор – однофазная гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов, а также продуктов их взаимодействия

Раствор – однофазная гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов, а также продуктов их взаимодействия, сос­тав которой может непрерывно меняться в пределах, ограниченных взаимной растворимостью веществ.

Важнейшей характеристикой раствора является количественное содержание растворенных в нем веществ. Состав раствора принято выражать с помощью следующих величин:

1. Массовая доля растворенного вещества w₂ (иначе процентная массовая концентрация) – отношение массы растворенного вещества m ₂ к массе раствора m:

 

 

Здесь и далее у величин, относящихся к растворителю, применяется индекс «1», индекс «2» относится к растворенному веществу, а отсутствие индекса указывает на свойство раствора как целого.

ω ₂ – безразмерная величина, выраженная в долях единицы или в процентах, % мас.

2. Моляльная концентрация вещества С_m (иначе моляльность раствора) – отношение числа моль растворенного вещества n ₂ к массе растворителя m ₁ в килограммах:

 

,

 

где М ₂ – молярная масса растворенного вещества, г/моль.

Если массу растворителя выражать в граммах, то для расчета моляльности следует пользоваться формулой

 

.

 

3. Молярная концентрация вещества С ₂ (иначе молярность раствора) – отношение числа моль растворенного вещества к объему раствора V в дм³ (иначе в литрах)

.

 

Она показывает, сколько моль растворенного вещества содержится в 1 дм³ или 1 л раствора. Единицы молярной концентрации – моль/дм³ или М.

4. Молярная концентрация эквивалента вещества С _э (иначе нормальность раствора, нормальная концентрация или эквивалентная концентрация) – отношение числа моль эквивалентов растворенного вещества n ₂ к объему раствора (в дм³):

 

,

 

где М ₂ – молярная масса эквивалента растворенного вещества, г/моль; z – число эквивалентности растворенного вещества.

Нормальность раствора показывает, сколько моль эквивалентов растворенного вещества содержится в 1 дм³ раствора. Единицы нормальности раствора – моль/дм³ или н.

Взаимосвязь между молярной и нормальной концентрациями одного и того же растворенного вещества выражается соотношением

 

.

 

То есть эквивалентная концентрация в z раз больше молярной концентрации.

5. Титр раствора Т – масса растворенного вещества в граммах, которая содержится в 1 см³ (иначе 1 мл) раствора:

.

 

Единицы измерения данного способа выражения состава раствора – г/мл или г/см³.

6. Мольная доля растворенного вещества х ₂ – отношение числа моль растворенного вещества к общему числу моль всех компонентов раствора n:

 

.

 

Это безразмерная величина, выраженная в долях единицы.

Если при сливании двух растворов, содержащих различные по природе растворенные вещества, между ними происходит химичес­кое взаимодействие, то по закону эквивалентов вещества реагируют в количествах, пропорциональных их эквивалентам. Например, для процесса взаимодействия кислоты с основанием будет выполняться соотношение

 

. (1)

 

На использовании данного закона основана совокупность методов количественного анализа, называемая титриметрия.

В основе титриметрического анализа лежит процесс титрования, который заключается в измерении объемов растворов вступающих в реакцию ве­ществ. Зная объемы растворов и концентрацию одного из них, можно рассчитать концентрацию другого раствора по формуле (1).

Процесс титрования обычно проводят следующим образом: в бюретку наливают раствор какого-либо вещества с известной концентрацией. Этот реагент называется титрантом. Пипеткой отбирают точный объем раствора вещества (иначе аликвотную часть), концентрацию которого нужно определить. Аликвотную часть анализируемого раствора переносят в коническую колбу и по каплям приливают титрант из бюретки, непрерывно перемешивая раствор. Момент, когда анализируемое вещество прореагировало со строго эквивалентным количеством титранта, называется точкой эквивалентнос­ти.

Окончание реакции (точка эквивалентности) фиксируется либо визуально (напри­мер, по изменению окраски индикатора), либо путем измерения какого-либо физико-химического свойства системы (оптическая плотность, рН, электропроводимость, ЭДС и др.), при этом взаимодействие титранта с анализируемым веществом должно протекать практически полностью, с высокой скоростью и без по­бочных процессов.

Достаточно часто в аналитической практике применяют метод прямого кислотно-основного титрования, в основе которого лежит реакция нейтрализации. В этом случае точку эквивалентности определяют с помощью индикатора – вещества, изменяющего окраску при изменении рН раствора. Некоторые индикаторы кислотно-основного титрования и их основные характеристики приведены в табл. 1.

Таблица 1