2.4 Sljedeća jedinica Koligativna svojstva otopina
2.3

Iskazivanje sastava otopina

Moći ću:
  • izračunati maseni udio tvari
  • pripremiti otopine različitih masenih i množinskih koncentracija
  • iskazati i izračunati molalnost otopine

Uvod

Jeste li znali da se kuhinjska sol ne koristi samo kao začin već da se sterilna vodena otopina može koristiti za liječenje?

Fiziološka otopina je 0,9 %-tna sterilna otopina soli u vodi.

Široku primjenu ima u kućnoj medicini jer je njezina koncentracija slična koncentraciji koja se prirodno nalazi u našim tjelesnim tekućinama (suzama, krvi…).

Fiziološka otopina se zbog toga naziva i izotoničnom otopinom.

Koristi se:

Uvod

Jeste li znali da se vodena otopina natrijeva klorida može koristiti i za liječenje?

Fiziološka otopina je 0,9 %-tna sterilna otopina natrijeva klorida i vode. Široku primjenu ima u kućnoj medicini jer je njezina koncentracija slična onoj koja se prirodno nalazi u našim tjelesnim tekućinama (suzama, krvi…). Zbog toga se naziva i izotoničnom otopinom. Koristi se:

Svakodnevno se koriste otopine određenog kvantitativnoga sastava.

Kvantitativni sastav otopina može se izraziti pomoću:
1. udjela (maseni, volumni, množinski)
2. koncentracija (masena, množinska)
3. molalnosti

Udjeli:

Masene udjele najčešće iskazujemo brojem od 0 do 1 ili
postotkom (% = 1/100).

Udjeli manjih < vrijednosti iskazuju se:
1. promilima, ‰, (‰ = 1/1 000),
2. dijelovima na milijun, ppm, (ppm = 1/1 000 000 – parts per milion)
3. dijelovima na milijardu, ppb, (ppb = 1/1 000 000 000 , parts per bilion).

Maseni udio otopljene tvari u otopini

Maseni udio tvari X u otopini, (X), određen je omjerom mase otopljene tvari, (X) i mase otopine, (otopina).

\(w(\textrm{X})= \dfrac{m(\textrm{X})}{m(\textrm{otopina})}\)w(\textrm{X})= \dfrac{m(\textrm{X})}{m(\textrm{otopina})}

Svakodnevno se koriste otopine određenog kvantitativnoga sastava. Kvantitativni sastav otopina može se izraziti pomoću:

  • udjela (maseni, volumni, množinski)
  • koncentracija (masena, množinska)
  • molalnosti

Udjeli

Masene udjele najčešće iskazujemo brojem od 0 do 1 ili
postotkom, (% = 1/100). Udjeli manjih vrijednosti iskazuju se promilima, dijelovima na tisuću, (‰ = 1/1 000), dijelovima na milijun, ppm,
(ppm = 1/1 000 000 – parts per milion) i dijelovima na bilijun, ppb,
(ppb = 1/1 000 000 000, parts per bilion).

Maseni udio otopljene tvari u otopini

Maseni udio tvari, X, u otopini, w(X), određen je omjerom mase otopljene tvari, m(X), i mase otopine.

\(w(\textrm{X})= \dfrac{m(\textrm{X})}{m(\textrm{otopina})}\)w(\textrm{X})= \dfrac{m(\textrm{X})}{m(\textrm{otopina})}

 

Dopunite rečenicu.

Koja od priređenih otopina ima veću > masu (m) otopljene tvari:

1) Otopina A200 g 2,0 %-tne vodene otopine kuhinjske soli (NaCl)
2) Otopina B20 g zasićene vodene otopine saharoze (C12H22O11).

Maseni udio (w) šećera (C12H22O11) u zasićenoj otopini je 0,669.

Veću > masu (m) otopljene tvari ima otopina pod brojem

Dopunite rečenicu.

50 mL otopine gustoće (ρ) 1,07 g/mL sadrži 5,2 g (m) barijeva klorida (BaCl2).

Koliko iznosi maseni udio (w) barijeva klorida, BaCl2 ?

m (BaCl2) = 5,2 g
ρ = 1,07 g/mL
w(BaCl2) = ?

w (X) = m (X) / m (otopina)

w (BaCl2) =

Dopunite rečenicu.

Vodena otopina etandiola poznata je kao “antifriz“, (C2H6O2).

U 750 mL vode (m, H2O), gustoće (ρ) 1,00 g cm–3 ulije se 250 mL etandiola (m, C2H6O2) gustoće (ρ) 1,11 g cm3.

Izračunajte maseni udio etandiola, w(C2H6O2),  u nastaloj otopini.

m (H2O) = 750 mL
m (C2H6O2) = 250 mL
ρ (H2O) = 1,00 g cm–3
ρ (C2H6O2) =1,11 g cm–3
w (C2H6O2) = ?

w (X) = m (X) / m (otopina)

w (C2H6O2) =

 %

1/3

Dopunite rečenicu.

Koja od priređenih otopina ima veću masu otopljene tvari:
Otopina A: 200 g 2,0 %-tne vodene otopine natrijeva klorida
Otopina B: 20 g zasićene vodene otopine saharoze (\(\ce{C12H22O11}\)\ce{C12H22O11} ), masenog udjela 0,669.

Veću masu otopljene tvari ima otopina
.

Dopunite rečenicu.

Koliko iznosi maseni udio barijeva klorida, \(\ce{BaCl2}\)\ce{BaCl2} , ako 50 mL otopine gustoće 1,07 g/mL sadrži 5,2 g barijeva klorida.

Odgovor:
w(BaCl2) = 

Dopunite rečenicu.

Vodena otopina etandiola poznata je kao “antifriz“, \(\ce{C2H6O2}\)\ce{C2H6O2} . Ako se u 750 mL vode, gustoće 1,00 g cm-3 ulije 250 mL etandiola gustoće 1,11 g cm-3. Izračunajte maseni udio etandiola u nastaloj otopini.

w(C2H6O2) =
%
1/3

Koncentracije

Masena koncentracija

Masena koncentracija označava se grčkim slovom gama, γ (X).

Iskazuje se omjerom mase otopljene tvari, m (X) i volumena otopineV (otopina).

γ (X) = m (X) / V (otopina)

SI-jedinica za masenu koncentraciju jest kg m-3 (čitamo: kilogram po kubnom metru).

Češće se upotrebljava g dm-3 (čitamo: gram po kubnom decimetru) ili
g L-1 (čitamo: gram po litri) .

Množinska koncentracija

Množinska koncentracija, c (X) iskazuje se omjerom množine otopljene tvari, n (X) i volumena otopine, V (otopine).

c(X) = n(X) / V (otopine)

SI-jedinica za množinsku koncentraciju jest mol m-3 (čitamo: mol po kubnom metru).

Češće je u uporabi mol dm-3 (čitamo: mol po kubnom decimetru) ili
mol L-1 (čitamo: mol po litri).

Priprema otopine određene masene i množinske koncentracije

Za pripremu otopine potrebna nam je laboratorijska vaga za mjerenje mase uzoraka.

Točnost mjerenja mase uzorka ovisi o osjetljivosti vage.

Za vaganje u laboratoriju koriste se:
1. laboratorijske tehničke vage (preciznost do 0,01 g),
2. analitičke vage za veću > točnost vaganja.

Danas se sve češće koriste digitalne vage.

Za mjerenje volumena tekućina, kad nije potrebna velika točnost, upotrebljava se menzura.

Ponovite kako treba, s obzirom na meniskus, očitati volumen otopine u menzuri.

Koncentracije

Masena koncentracija

Masena koncentracija, označava se grčkim slovom gama, γ(X), iskazuje se omjerom mase otopljene tvari, m(X), i volumena otopine.

 

\(\gamma(\textrm{X})= \dfrac{m(\textrm{X})}{V(\textrm{otopina})}\)\gamma(\textrm{X})= \dfrac{m(\textrm{X})}{V(\textrm{otopina})}

 

SI-jedinica za masenu koncentraciju jest kg m-3, ali češće je u uporabi g dm-3 ili g L-1.

Množinska koncentracija

Množinska koncentracija, c(X),  iskazuje se omjerom množine otopljene tvari, n(X) i volumena otopine.

\(c(\textrm{X})= \dfrac{n(\textrm{X})}{V(\textrm{otopine})}\)c(\textrm{X})= \dfrac{n(\textrm{X})}{V(\textrm{otopine})}

 

SI-jedinica za množinsku koncentraciju jest mol m-3, ali češće je u uporabi mol dm-3 ili  mol L-1.

 

Priprema otopine određene masene i množinske koncentracije

Za pripremu otopine potrebna nam je laboratorijska vaga za mjerenje mase uzoraka. Točnost mjerenja mase uzorka ovisi o osjetljivosti vage. Za vaganje u laboratoriju koriste se laboratorijske tehničke vage (preciznost do 0,01 g), i analitičke vage za veću točnost vaganja. Danas se sve češće koriste digitalne vage.
Za mjerenje volumena tekućina kad nije potrebna velika točnost upotrebljava se menzura.


Ponovite kako ispravno treba, s obzirom na meniskus, očitati volumen otopine u menzuri.


 

Otopine zadanih koncentracija često se priprema u odgovarajućoj odmjernoj tikvici.

Odmjerne tikvice su staklene boce, kruškastog oblika s dugim, uskim vratom i ravnim dnom.
Imaju ubrušeni stakleni čep.

Tikvica je ispravno napunjena kad se donji rub meniskusa podudara s crtom na vratu tikvice.

Na svakoj je tikvici, uz volumen, označena i temperatura na kojoj je tikvica baždarena.

Oznaka temperature ima prefiks In (lat. u).
To znači da je tikvica baždarena na uljev.

Pripremanje vodene otopine bakrova(II) sulfata množinske koncentracije 1,00 mol/L

Otopine zadanih koncentracija često se priprema u odgovarajućoj odmjernoj tikvici. Odmjerne tikvice su staklene boce, kruškastog oblika s dugim uskim vratom i ravnim dnom koje imaju ubrušeni stakleni čep. Tikvica je ispravno napunjena kad se donji rub meniskusa podudara s crtom na vratu tikvice. Na svakoj je tikvici, uz volumen, označena i temperatura na kojoj je tikvica baždarena. Oznaka temperature ima prefiks In (lat. u) što znači da je tikvica baždarena na uljev.

Pripremanje vodene otopine bakrova(II) sulfata množinske koncentracije 1,00 mol/L

Fotografija prikazuje laboratorijsku vagu na kojoj se nalazi menzura s vodenom otopinom bakrova(II) sulfata. Pored laboratorijske vage nalazi se odmjerna tikvica u kojoj se nalazi otopina modre galice.
Priprema vodene otopine bakrova(II) sulfata
  1. U čaši vagnemo 249,69 g bakrova (II) sulfata pentahidrata (CuSO4 • 5 H2O).
  2. To je masa 1,00 mola bakrova (II) sulfata pentahidrata (CuSO4 • 5 H2O).
  3. Kroz lijevak kvantitativno se prenese 1,00 mol tvari u odmjernu tikvicu od 1L.
  4. Lijevak se ispere destiliranom vodom.
  5. Tikvica napuni vodom do 70 % svoga volumena uz povremeno potresanje sadržaja tikvice.
  6. Nakon što se bakrov(II) sulfat pentahidrat (CuSO4 • 5 H2O) potpuno otopio, dolije se destilirana voda da volumen otopine bude nešto ispod oznake.
  7. Tikvica se zatim začepi ubrušenim čepom.
  8. Otopina se promiješa okretanjem tikvice.
  9. Kapaljkom se doda destilirane vode do oznake.
  10. Nakon što se promiješa provjeri još jednom položaj meniskusa.
  11. Dobivena je vodena otopina bakrova(II) sulfata množinske koncentracije (c) 1,00 mol/L.
  • U čaši vagnemo 249,69 g bakrova(II) sulfata pentahidrata. To je masa 1,00 mola navedene tvari koja se kroz lijevak kvantitativno prenese u odmjernu tikvicu od 1 L.
  • Lijevak se ispere destiliranom vodom, a tikvica napuni vodom otprilike do 70 % svoga volumena uz povremeno potresanje sadržaja tikvice.
  • Nakon što se bakrov(II) sulfat pentahidrat potpuno otopio dolije se destilirana voda da volumen otopine bude nešto ispod oznake.
  • Tikvica se zatim začepi ubrušenim čepom i otopina se promiješa okretanjem tikvice.
  • Kapaljkom se doda destilirane vode do oznake i nakon što se promiješa provjeri još jednom položaj meniskusa.
  • Dobivena je vodena otopina bakrova(II) sulfata množinske koncentracije 1,00 mol/L.

Riješeni primjer 1.

Izračunajte masenu koncentraciju (γ) 20,0 % -tne otopine octene kiseline \(\ce{CH3COOH}\)\ce{CH3COOH} gustoće (ρ) 1,025 g cm-3.

Riješeni primjer 1

Izračunajte masenu koncentraciju 20,0% -tne otopine octene kiseline \(\ce{CH3COOH}\)\ce{CH3COOH} gustoće \( \pu{1,025 g cm-3} \) \pu{1,025 g cm-3} .

Riješeni primjer 2.

Izračunajte množinsku koncentraciju (c) 70,0 % -tnog etanola \(\ce{C2H5OH}\)\ce{C2H5OH} gustoće (ρ) 0,8676 g cm-3.

Riješeni primjer 2

Izračunajte množinsku koncentraciju 70,0 % -tnog etanola \(\ce{C2H5OH}\)\ce{C2H5OH} gustoće 0,8676 g cm-3.

Molalnost

Molalnost, b (X) iskazuje se omjerom množine otopljene tvari, n (X) i mase otapala, m (otapala).

\(b(\textrm{X})= \dfrac{n(\textrm{X})}{m(\textrm{otopala})}\)b(\textrm{X})= \dfrac{n(\textrm{X})}{m(\textrm{otopala})}

SI-jedinica za molalnost jest mol kg-1
(čitamo: mol po kilogramu).

Molalnost

Molalnost, b(X), iskazuje se omjerom množine otopljene tvari, n(X), i mase otapala.

\(b(\textrm{X})= \dfrac{n(\textrm{X})}{m(\textrm{otopala})}\)b(\textrm{X})= \dfrac{n(\textrm{X})}{m(\textrm{otopala})}

 

SI-jedinica za molalnost jest mol kg-1.

Riješeni primjer 3.

Izračunajte molalnost (b) otopine dobivene otapanjem 100 g kuhinjske soli
u 1,00 L vode (\(\rho(\ce{H2O}) = \pu{1,00 g/cm3}\)\rho(\ce{H2O}) = \pu{1,00 g/cm3} ).

Riješeni primjer 3

Izračunajte molalnost otopine dobivene otapanjem 100 g kuhinjske soli
u 1,00 L vode (\(\rho(\ce{H2O}) = \pu{1,00 g/cm3}\)\rho(\ce{H2O}) = \pu{1,00 g/cm3} ).

Dopunite rečenicu.

Izračunajte molalnost (b) otopine kalcijeva klorida (CaCl2), ako je u 75,0 g (m) vode (H2O) otopljeno 15,0 g (m, CaCl2) navedene soli.

(Relzultat iskažite na tri značajne znamenke.)

m (CaCl2) = 15,0 g
m (H2O) = 75,0 g
b (CaCl2) = ?

b = n (X) / m (otapala)

Odgovor:

Molalnost (b) otopine kalcijeva klorida (CaCl2) iznosi

mol/kg.

Dopunite rečenicu.

Izračunajte molalnost (b) 10,0 %-tne otopine sumporne kiseline (H2SO4).

(Relzultat iskažite na tri značajne znamenke.)

 

Odgovor:

Molalnost (b) 10,0 %-tne otopine sumporne kiseline (H2SO4) iznosi

mol/kg.

1/2

Dopunite rečenicu.

Izračunajte molalnost otopine kalcijeva klorida, ako je u 75,0 g vode otopljeno 15,0 g navedene soli.
(Rezultat iskažite na tri značajne znamenke.)

Odgovor:
Molalnost otopine kalcijeva klorida iznosi
mol/kg.

Dopunite rečenicu.

Izračunajte molalnost 10,0 %-tne otopine sumporne kiseline.

(Rezultat iskažite na tri značajne znamenke.)

Odgovor:

Molalnost 10,0 %-tne otopine sumporne kiseline iznosi

mol/kg.

1/2

Priprema otopina razrjeđivanjem otopina

Prilikom razrjeđivanja otopine i prilikom koncentriranja otopine dolazi do promjene volumena (V) i mase (m) otopine.

Mijenja se i koncentracija otopljene tvari.

Ne mijenja se masa (m), odnosno množina (n) otopljene tvari.

Razrjeđivanjem otopine smanjuje se koncentracija otopljene tvari.

Koncentriranjem otopine povećava se koncentracija otopljene tvari.

Množina otopljene tvari prije razrjeđivanja (n1) jednaka (=) je množini otopljene tvari nakon razrjeđivanja (n2).

Prema tome:

n1 = n2

c1 V1 = c2 V2

γ1V1 = γ2 V2

w1 ρ1 V1= w2 ρ2 V1

Kod pripreme razrjeđenih otopina množinskih koncentracija (c0,1 mol/L ili manje (< ) možete uzeti da je gustoća (ρ) otopine jednaka (=) gustoći (ρ) vode (H2O) pri toj temperaturi.

Priprema otopina razrjeđivanjem otopina

Prilikom razrjeđivanja i koncentriranja otopine dolazi do promjene volumena i mase otopine, također se mijenja koncentracija otopljene tvari, ali se ne mijenja masa odnosno množina otopljene tvari.

Razrjeđivanjem otopine smanjuje se koncentracija otopljene tvari, a koncentriranjem otopine povećava se koncentracija otopljene tvari. Množina otopljene tvari prije razrjeđivanja (n1) jednaka je množini otopljene tvari nakon razrjeđivanja (n2).

 

Prema tome:

\(n_\textrm{1} = n_\textrm{2} \)n_\textrm{1} = n_\textrm{2}

\(c_\textrm{1}V_\textrm{1} = c_\textrm{2}V_\textrm{2} \)c_\textrm{1}V_\textrm{1} = c_\textrm{2}V_\textrm{2}

\(\gamma_\textrm{1}V_\textrm{1} = \gamma_\textrm{2}V_\textrm{2} \)\gamma_\textrm{1}V_\textrm{1} = \gamma_\textrm{2}V_\textrm{2}

\(w_\textrm{1} \rho_\textrm{1} V_\textrm{1} = w_\textrm{2} \rho_\textrm{2} V_\textrm{2}\)w_\textrm{1} \rho_\textrm{1} V_\textrm{1} = w_\textrm{2} \rho_\textrm{2} V_\textrm{2}

 

Kod pripreme razrjeđenih otopina množinskih koncentracija,  \(c = \pu{0,1 mol/L}\)c = \pu{0,1 mol/L} ili manje može se uzeti da je gustoća otopina jednaka gustoći vode pri toj temperaturi.

Dopunite rečenicu.

Izračunajte maseni udio (w) kalijeva sulfata (K2SO4) u otopini nastaloj miješanjem 50 cm3 (V1) otopine masene koncentracije (γ) 15,0 g dm–3 sa 125 cm3 otopine kalijeva sulfata (K2SO4množinske koncentracije (c) 0,250 mol dm–3.

Gustoća otopine kalijeva sulfata (K2SO4) (ρ) nakon miješanja je 1,062 g cm–3.

V1 (K2SO4) = 50,0 cm3
γ = 15,0 g dm–3

V2 (K2SO4) = 125 cm3

c= 0,250 mol dm–3

ρ = 1,062 g cm–3

w(K2SO4) = ?

w (K2SO4) =

 %

Dopunite rečenicu.

Od koncentrirane otopine klorovodične kiseline (HCl) masenog udjela (w) 0,370 i gustoće (ρ) 1,19 g/cm3 treba pripremiti 500 cm3  otopine koncentracije 0,100 mol/dm3.

Koliki volumen (V) koncentrirane kiseline treba uzeti za pripremu zadane otopine?

w = 0,37
ρ (HCl) = 1,19 g/cm3

V1 (HCl) = ?

V(HCl)=

mL

Dopunite rečenicu.

Izračunajte maseni udio (w) natrijevog nitrata (NaNO3) u otopini koju ste dobili miješanjem 120 g (m) 15,0 %-tne otopine i 60,0 g (m) vode (H2O).

w1 (NaNO3) = 15,0 %

m (otopine) = 120 g
m (H2O) = 60,0 g
w (NaNO3)= ?

w (NaNO3) =

 %

1/3

Dopunite rečenicu.

Izračunajte maseni udio kalijeva sulfata u otopini nastaloj miješanjem 50 cm3 otopine masene koncentracije 15,0 g dm-3 sa 125 cm3 otopine kalijeva sulfata množinske koncentracije 0,250 mol dm-3. Gustoća otopine kalijeva sulfata nakon miješanja je \(\pu{1,062 g cm-3}\)\pu{1,062 g cm-3} .

Odgovor:
w(K2SO4) =
%

Dopunite rečenicu.

Od koncentrirane otopine klorovodične kiseline masenog udjela 0,370 i gustoće 1,19 g/cm3 treba pripremiti 500 cm3 otopine koncentracije 0,100 mol/dm3. Koliki volumen koncentrirane kiseline treba uzeti za pripremu zadane otopine?

Odgovor:
V(HCl, konc.) =
cm3

Dopunite rečenicu.

Izračunajte maseni udio natrijeva nitrata u otopini koju ste dobili miješanjem 120 g 15,0 %-tne otopine i 60,0 g vode.

Odgovor:
 w(NaNO3) =
%
1/3
Fotografija prikazuje grafički organizator. U središtu organizatora piše: udjeli u %, ppm i ppb. U četiri okvira oko središnjeg pojma pišu nazivi udjela: brojevni, maseni, množinski, volumni.
Iskazivanje sastava otopine pomoću udjela
Fotografija prikazuje grafički organizator. U središtu organizatora piše: sustav otopina. Oko središnjeg dijela nalazi se četiri okvira u kojima piše: množinska koncentracija, maseni udio, masena koncentracija i molalnost. Ispod naziva koncentracija pridruženi su simboli i formule za izračun.
Iskazivanje sastava otopina

Na kraju…

Pronađite odgovarajuće parove i ponovite sadržaje obrađene u ovoj jedinici DOS-a.

Igra pamćenja

Pokušaja: 0
c(X)
w(X)
ɣ(X)
V(X) / ∑V1 + V2....
m(X)/m(otopine)
n(X)/ V
m(X)/ V
m(otopine)/V
n(X)/m(otapala)
b(X)
ρ(otopine)
φ(X)