Κατανόηση της κανονικότητας:Ένας ολοκληρωμένος οδηγός για τις μονάδες συγκέντρωσης

Βασικές έννοιες

Υπάρχουν πολλοί τρόποι μέτρησης της συγκέντρωσης εκτός από τη μοριακότητα. Σε αυτό το άρθρο θα συζητήσουμε την κανονικότητα, συγκεκριμένα πώς διαφέρει από τη μοριακότητα, καθώς και την εφαρμογή και τις εξισώσεις που χρησιμοποιούνται για την εύρεση της κανονικότητας μιας ουσίας. Η γενική ιδέα είναι οι διαφορετικές πτυχές των συγκεντρώσεων στα διαλύματα και ο τρόπος με τον οποίο αυτές εκφράζονται μέσω μονάδων όπως το ποσοστό, το PPM, το PPB, η μοριακότητα και η κανονικότητα.

Σχετικά άρθρα

• Τρόπος Υπολογισμού Μοριακότητας &Τύπου Μοριακότητας
• Καμπύλες ογκομέτρησης και υπολογισμοί σημείων ισοδυναμίας
• Κατανόηση των αντιδράσεων οξειδοαναγωγής και της αναγωγής οξείδωσης 

Λεξιλόγιο συγκέντρωσης

Όταν συζητάμε την κανονικότητα στη χημεία, είναι σημαντικό να γνωρίζετε ορισμένες λέξεις-κλειδιά για να κατανοήσετε το ευρύτερο πλαίσιο αυτής της έννοιας.

• Ισοδύναμο: Η ποσότητα μιας ουσίας που μπορεί να αντιδράσει ή να αντικαταστήσει μια ορισμένη ποσότητα άλλης ουσίας σε μια χημική αντίδραση.
• Ισοδύναμο βάρος :Το βάρος μιας ουσίας που ισοδυναμεί με ένα γραμμομόριο πρωτονίων, ηλεκτρονίων ή άλλων αντιδρώντων ειδών σε μια χημική αντίδραση.
• Ιόν υδρογόνου (Η+) καιΙόν υδροξειδίου (OH- ):Ιόντα που παίζουν βασικό ρόλο στις αντιδράσεις οξέος-βάσης και χρησιμοποιούνται συχνά για τον υπολογισμό της κανονικότητας
• Ισχυρό οξύ και Ισχυρή βάση :Ουσίες που διασπώνται πλήρως σε ιόντα όταν διαλύονται στο νερό, οδηγώντας σε υψηλότερες τιμές κανονικότητας λόγω του μεγαλύτερου αριθμού ιόντων που παράγονται.
• Τιτλοδότηση: Μια τεχνική που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης μιας ουσίας σε ένα διάλυμα αντιδρώντας με ένα διάλυμα γνωστής συγκέντρωσης (τιτλοδότη) μέχρι να ολοκληρωθεί η αντίδραση. 

Κανονικότητα (Δ ) είναι ένας τρόπος έκφρασης της συγκέντρωσης μιας διαλυμένης ουσίας ως ένα γραμμάριο ή γραμμομοριακό ισοδύναμο που υπάρχει σε ένα λίτρο διαλύματος. Η κανονικότητα δεν πρέπει να συγχέεται με τη μοριακότητα, η οποία αναφέρεται στο μέτρο της συγκέντρωσης μιας διαλυμένης ουσίας σε γραμμομόρια ανά λίτρο διαλύματος. Υπάρχει μια σχέση μεταξύ των δύο, ωστόσο, εξαρτάται από τον τύπο της αντίδρασης και τον αριθμό των γραμμομορίων ιόντων που είτε παράγονται είτε καταναλώνονται σε μια αντίδραση. Η κανονικότητα είναι χρήσιμη για αντιδράσεις που περιλαμβάνουν οξέα, βάσεις, αντιδράσεις οξειδοαναγωγής και τιτλοδότηση. Ενώ η μοριακότητα εστιάζει στην ποσότητα των γραμμομορίων που υπάρχουν σε μια διαλυμένη ουσία, η κανονικότητα λαμβάνει υπόψη τόσο την ποσότητα όσο και την αντιδραστικότητα. 

Μονάδες κανονικότητας και αντίδρασης

Εφόσον η κανονικότητα εξαρτάται από τα ισοδύναμα της αντίδρασης, ένα διάλυμα NaCl μπορεί να έχει μόνο μία μοριακότητα. Μπορεί όμως να υπάρχουν πολλαπλές τιμές κανονικότητας ανάλογα με την αντίδραση στην οποία συμμετέχει. Το πρώτο βήμα για την εύρεση της κανονικότητας μιας ουσίας είναι να βρείτε τις μονάδες αντίδρασης, n . Για να βρείτε τις μονάδες αντίδρασης όλων των αντιδραστηρίων σε μια αντίδραση, ακολουθήστε αυτά τα 2 βήματα:

1. Βρείτε τον υψηλότερο στοιχειομετρικό συντελεστή μεταξύ των αντιδρώντων.
2. Ορίστε τις μονάδες αντίδρασης του αντιδρώντος με αυτόν τον συντελεστή ως n =1.
3. Διαιρέστε αυτόν τον ίδιο συντελεστή με κάθε έναν από τους άλλους συντελεστές για να λάβετε το n αυτών των αντιδραστηρίων.

Για παράδειγμα, πάρτε αυτήν την υποθετική αντίδραση:

Πρώτον, βρίσκουμε ότι το D έχει τον υψηλότερο στοιχειομετρικό συντελεστή 12. Έτσι, βρίσκουμε ότι το D έχει 1 μονάδα αντίδρασης.

Τέλος, για να λάβουμε τις υπόλοιπες μονάδες αντίδρασης, διαιρούμε το 12 με τους συντελεστές των Α, Β και Γ για να πάρουμε τις μονάδες αντίδρασης αυτών των αντιδραστηρίων:

(1)  

Από εκεί, απλά πρέπει να διαιρέσουμε κάθε τιμή του n με τα λίτρα στο διάλυμα της αντίδρασης για να βρεθεί η κανονικότητα κάθε αντιδρώντος.

Συγκέντρωση:PPM και PPB

Το PPM σημαίνει μέρη ανά εκατομμύριο. Το PPB σημαίνει μέρη ανά δισεκατομμύριο. Αυτές είναι διαφορετικές μονάδες συγκέντρωσης που χρησιμοποιούνται συνήθως για πολύ αραιές ουσίες. Όταν περιγράφουμε ένα so centrations σε ppm, μπορεί να θεωρηθεί κυριολεκτικά ως ένα μέρος ανά εκατομμύριο.

1 mg/kg =1 ppm. Όταν κάνετε τη μετατροπή 1 kg σε mg, παίρνετε 1 kg =1.000.000 mg. Εάν έχετε 1 mg μιας ουσίας εντός 1.000.000 mg (ή 1 kg) ή άλλης ουσίας, τότε υπάρχει 1 mg ανά εκατομμύρια χιλιοστόγραμμα (1ppm)

Τα μέρη ανά δισεκατομμύριο είναι η ίδια ιδέα με τα μέρη ανά εκατομμύριο, εκτός από το ότι είναι από ένα δισεκατομμύριο. Άρα 1 mg ανά 1000 kg θα ήταν 1 ppb.

Αυτές οι μονάδες χρησιμοποιούνται συχνά σε περιβαλλοντικές μετρήσεις. Όπως η συγκέντρωση ενός ρύπου στο νερό ή ενός ρύπου στον αέρα. Ένα από τα βασικά στοιχεία της κλιματικής αλλαγής είναι η συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα στον αέρα. Η συγκέντρωση του CO2 αναφέρεται συνήθως σε ppm.

Συγκέντρωση:w/w και v/v ποσοστό

Το ποσοστό W/w είναι μια μέτρηση της συγκέντρωσης που μετράει το ποσοστό της αναλυόμενης ουσίας που ενδιαφέρει στο σύνολο. Μπορεί να γραφτεί με πολλούς διαφορετικούς τρόπους, συμπεριλαμβανομένων %w/w, w/w% ή %w/w%. Για παράδειγμα, εάν έχετε 30 g οξέος σε 70 g νερού, τότε το διάλυμα είναι οξύ 30% w/w. Αυτό προέρχεται από (30 g / (30 g + 70 g)) *100.

Το ποσοστό V/V είναι πολύ παρόμοιο με το %w/w εκτός από το ότι χρησιμοποιεί όγκο αντί για βάρος. Μπορεί επίσης να συντμηθεί σε διάφορες μορφές όπως %v/v, v/v% και όγκος %.