Дисперсные системы

Теперь обратимся к способам выражения концентрации , понятию, определяющему количественный состав растворов. Концентрация – это мера, отражающая соотношение между двумя или более компонентами в растворе, как правило, между растворенным веществом и растворителем. Среди множества способов выражения концентрации наиболее важными являются массовая доля и молярная концентрация . Начнем с массовой доли , обозначаемой греческой буквой омега ($\omega$). Формула для расчета массовой доли такова: $$ \omega = \frac{масса растворенного вещества}{масса раствора} \cdot 100% $$ Масса раствора представляет собой сумму масс всех компонентов. Умножение на 100% позволяет выразить концентрацию в процентах, что делает ее наглядной и широко используемой. Такая концентрация также известна как процентная концентрация . Вторым важным способом выражения концентрации является молярная концентрация , обозначаемая буквой $C$ (иногда $m$). Молярная концентрация определяется как отношение количества растворенного вещества ($n$) к объему раствора ($V$): $$ C = \frac{n}{V} $$ Единицей измерения молярной концентрации является моль на литр (моль/л). На этикетках с растворами часто указывается молярная концентрация, например, <<2M HCl>>, что означает двухмолярный раствор хлороводорода. Это указывает на то, что в одном литре раствора содержится 2 моля $HCl$. Выбор способа выражения концентрации зависит от конкретной задачи. Умение пересчитывать концентрации из одной формы в другую необходимо для решения различных химических (и не только) задач. Молярная концентрация особенно удобна в тех случаях, когда необходимо отмерить определенный объем раствора с помощью пипетки или бюретки, поскольку позволяет точно знать количество растворенного вещества. Она также часто используется в титровании. В то время как процентная концентрация широко применяется, ее использование в титровании может быть менее удобным, поскольку требует пересчета объема в массу с учетом плотности раствора. Прежде чем перейти к примерам задач, стоит упомянуть о кристаллогидратах. Кристаллогидраты – это кристаллические вещества, содержащие в своем составе кристаллизационную воду. Их формулы записываются, например, как $CuSO_4 \cdot 5H_2O$ (медный купорос) или $FeSO_4 \cdot 7H_2O$ (железный купорос). Эти формулы показывают, что на 1 моль сульфата меди приходится 5 моль воды, а на 1 моль сульфата железа – 7 моль воды, хотя вещества являются твердыми и кристаллическими. Содержание воды в кристаллогидратах может быть различным и даже изменяться для одного и того же вещества в зависимости от условий. Например, при нагревании медного купороса до 200-250 °C, он может превратиться в $CuSO_4 \cdot H_2O$. В задачах часто встречается условие прокаливания вещества, то есть нагревания его до высокой температуры. При этом кристаллогидрат теряет воду. Если в условии не указано разложение самого вещества, то уменьшение массы связано исключительно с удалением воды. Следует отметить, что запись формулы кристаллогидрата не всегда отражает реальную структуру. Например, медный купорос в действительности имеет структуру $[Cu(H_2O)_4]SO_4 \cdot H_2O$, где четыре молекулы воды связаны с ионом меди прочно, а сульфат-ион связывает эти частицы, как мостик, в цепи. Наконец, пятая молекула воды соединяет цепи между собой. Аналогично, для сульфата железа более точная формула может быть записана как $[Fe(H_2O)_6]SO_4 \cdot H_2O$. Упрощенные формулы, такие как $CuSO_4 \cdot 5H_2O$, отражают четкое соотношение между количеством молекул воды на формульную единицу. При прокаливании кристаллогидраты могут терять воду по-разному. Например, при нагревании $CaCl_2 \cdot 6H_2O$ образуется безводный $CaCl_2$, а вся вода удаляется в виде пара: $$ CaCl_2 \cdot 6H_2O\ (тв) \rightarrow CaCl_2\ (тв) + 6H_2O\ (г) $$ Безводный хлорид кальция часто используется в лаборатории для осушки растворителей и веществ, например, помещая его в эксикатор с сухим хлоридом кальция. После насыщения водой его можно регенерировать прокаливанием. Однако, поведение других кристаллогидратов при нагревании может отличаться. Например, при нагревании $MgCl_2 \cdot 6H_2O$ происходит пирогидролиз, приводящий к образованию оксихлорида магния: $$ 2MgCl_2 \cdot 6H_2O\ (тв) \rightarrow Mg_2OCl_2\ (тв) + 2HCl\ (г) + 10H_2O\ (г) $$ Это соединение можно представить как $MgO \cdot MgCl_2$, где часть хлорида магния переходит в оксид. Задача 1 Условие Рассчитать массовую долю сульфата меди (II) в растворе, который был получен путем растворения 10 г пентагидрата сульфата меди (II) в 100 г воды. Решение При растворении пентагидрата сульфата меди (II), формула которого выражается как $CuSO_4 \cdot 5H_2O$, вся вода, входящая в состав кристаллической структуры гидрата, переходит в раствор. Массовая доля, которую мы определяем в растворе, рассчитывается исходя из безводной соли, то есть без учета пяти молекул воды, входящих в состав пентагидрата. Запишем формулу для расчета массовой доли безводного сульфата меди (II): $$ \omega(CuSO_4) = \frac{m(CuSO_4)}{m(раствора)}...