ΧΗΜΙΚΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΔΙΑΛΥΜΑΤΩΝ. ΕΡΗ ΜΠΙΖΑΝΗ 4 ΟΣ ΟΡΟΦΟΣ, ΓΡΑΦΕΙΟ

ΧΗΜΙΚΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΔΙΑΛΥΜΑΤΩΝ ΕΡΗ ΜΠΙΖΑΝΗ 4 ΟΣ ΟΡΟΦΟΣ, ΓΡΑΦΕΙΟ 2 eribizani@chem.uoa.gr 2107274573 1

ΓΡΑΜΜΟΜΟΡΙΑΚΗ Η ΜΟΡΙΑΚΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ Η ΜΟΡΙΑΚΟΤΗΤΑ, Μ (ΜOLARITY) (1) Εκφρα ζει τα γραμμομο ρια (mole) διαλυμε νης ουσιάς σε 1 λι τρο διαλυ ματος (mol/l) ή τα χιλιοστά του mole, δηλαδή τα mmoles σε ένα χιλιοστό λιτρο (mmol/ml) Γραμμομο ριο (mole) μιας ουσιάς ει ναι ποσο τητα σε g αριθμητικα ι ση με το μοριακο της βα ρος Γραμμομο ριο ουσιάς = 6,0222 x 10 23 (αριθμο ς Avogadro) μο ρια αυτη ς. Γραμμοα τομο = 6,0222 x 10 23 α τομα (ποσότητα σε g αριθμητικά ίση με το ατομικό βάρος του στοιχείου) Γραμμοι ο ν = 6,0222 x 10 23 ιο ντα (ποσότητα σε g ίση με το το ατομικό βάρος του στοιχείου για μονοατομικά ιόντα ήμε το άθροισμα των ατομικών βαρών των ατόμων του ιόντος για πολυατομικά ιόντα) Συνη θως δεν υπα ρχει δια κριση μεταξυ γραμμομοριόυ και των γραμμοατο μων και γραμμοι ο ντων 2

ΓΡΑΜΜΟΜΟΡΙΑΚΗ Η ΜΟΡΙΑΚΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ Η ΜΟΡΙΑΚΟΤΗΤΑ, Μ (ΜOLARITY) (2) Άρα δια λυμα Na 2 SO 4 1 M, περιε χει: 1mol Na 2 SO 4 /L 1 mmol Na 2 SO 4 /ml 142,04 g Na 2 SO 4 / L 2mol Na + /L και 1mol SO 2-4 /L Σε ορισμε νες περιπτω σεις (Κλινικη Χημειά) η συγκε ντρωση διαλυμα των δι νεται και ως mm (mmol/l) αρ. moles = m(g)/m.b.(g/mol) M=αρ. moles/v(l)=m(g)/m.b.(g/mol)xv(l) 3

ΓΡΑΜΜΟΜΟΡΙΑΚΗ Η ΜΟΡΙΑΚΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ Η ΜΟΡΙΑΚΟΤΗΤΑ, Μ (ΜOLARITY) (3) Οι ο ροι γραμμομο ριο και Μοριακο τητα ε χουν πραγματικη σημασιά μο νο στην περι πτωση μοριακω ν ουσιω ν και μοριακω ν διαλυμα των. Στις ιοντικε ς ουσιές και τα ιοντικα διαλυ ματα δεν υπα ρχουν μο ρια, και στην περι πτωση αυτη μπορει να χρησιμοποιηθου ν οι ο ροι γραμμοτυπικο βα ρος και γραμμοτυπικη η τυπικη συγκε ντρωση η τυπικο τητα (Formality, F). Γραμμοτυπικο βα ρος (gram-formula weight, gfw) μιας ουσιάς ει ναι ποσο τητα αυτη ς σε g αριθμητικα ι ση με το τυπικο της βα ρος (α θροισμα ατομικω ν βαρω ν ο λων των ατο μων που υπα ρχουν στο χημικο τυ πο της ουσιάς). 4

ΓΡΑΜΜΟΜΟΡΙΑΚΗ Η ΜΟΡΙΑΚΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ Η ΜΟΡΙΑΚΟΤΗΤΑ, Μ (ΜOLARITY) (4) Τυπικο τητα ορι ζεται ως ο αριθμο ς των γραμμoτυπικω ν βαρω ν διαλυμε νης ουσιάς σε 1 λι τρο διαλυ ματος (gfw/l η fw/l η mfw/ml) Δια λυμα που περιε χει 1γραμμοτυπικό βα ρος νιτρικου αργυ ρου (169,87 g AgNO 3 ) στο λι τρο, η συγκε ντρωση του διαλυ ματος ει ναι: 1 F ως προς AgNO 3, Ag + και NO 3-0 Μ ως προς AgNO 3 (δεν υπα ρχουν τε τοια σωματι δια) Η τυπικο τητα ως ε κφραση της συγκε ντρωσης δεν χρησιμοποιει ται ση μερα στην Αναλυτικη Χημειά. 5

ΓΡΑΜΜΟΜΟΡΙΑΚΗ Η ΜΟΡΙΑΚΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ Η ΜΟΡΙΑΚΟΤΗΤΑ, Μ (ΜOLARITY) (5) Παραδειγμα 1: Διάλυμα H 2 SO 4 περιέχει 474 g H 2 SO 4 σε 1L διαλύματος. Ποια είναι ημοριακότητα του διαλύματος; (H 2 SO 4 : M.B.=98,08) M= 474(g H 2 SO 4 )/98,08(g H 2 SO 4 /mol) x 1L M=4,83mol/L 6

ΓΡΑΜΜΟΜΟΡΙΑΚΗ Η ΜΟΡΙΑΚΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ Η ΜΟΡΙΑΚΟΤΗΤΑ, Μ (ΜOLARITY) (6) Παραδειγμα 2: Διάλυμα NaOH περιέχει 20,5 mg NaOH σε 250mL διαλύματος. Ποια είναι η μοριακότητα του διαλύματος; (NaOH: M.B.=40,00) M = 20,5(mg NaOH)/40,00(mg NaOH/mmol) x 250mL M = 2,05 x 10-3 mmol/ml 7

ΓΡΑΜΜΟΜΟΡΙΑΚΗ Η ΜΟΡΙΑΚΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ Η ΜΟΡΙΑΚΟΤΗΤΑ, Μ (ΜOLARITY) (7) Παραδειγμα 3: Να υπολογισθεί η μοριακότητα NaNO 3 σε υδατικό διάλυμα που έχει d=1,02g/ml και περιέχει 17,8ppm NaNO 3 17,8ppm = 17,8(g NaNO 3 )/10 6( g δ/τος) V=10 6 (g)/1,02(g/ml) = 980392,15mL 980L M=αρ. moles/v(l)=m(g)/m.b.(g/mol)xv(l) M=17,8(g NaNO 3 )/85,0(g/mol) x 980L = 2,14 x 10-4 mol/l NaNO 3 8

ΚΑΝΟΝΙΚΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ Η ΚΑΝΟΝΙΚΟΤΗΤΑ, NORMALITY (N) (1) Γραμμοι σοδυ ναμα διαλυμε νης ουσιάς σε 1 λι τρο διαλυ ματος (eq/l) η χιλιοστογραμμοι σοδυ ναμα σε ε να χιλιοστο λιτρο (meq/ml) Γραμμοι σοδυ ναμο (eq) μιας ουσιάς ει ναι ποσο τητα αυτη ς, που παρε χει η δε χεται η αντικαθιστα η ει ναι χημικα ισοδυ ναμη με 1 γραμμοι σοδυ ναμο υδρογο νου. Το γραμμοι σοδυ ναμο μιας ουσιάς αναφε ρεται σε μιά καθορισμε νη χημικη αντι δραση και μπορεί να έχει διάφορες τιμές για την ίδια ουσία. Αντίθετα απο το γραμμομο ριο που ει ναι πα ντοτε το ι διο σταθερό για μια ουσιά. Το H 3 PO 4 ε χει 3 διαφορετικα eq ανα λογα με τον αριθμο πρωτονιών που λαμβα νουν με ρος στην αντι δραση. Το KMnO 4 ε χει 4 διαφορετικα eq γιατι τα MnO 4 - μπορου ν να αναχθου ν προς 4 διαφορετικα προι ο ντα ανα λογα με τις συνθη κες της αντι δρασης. 9

ΚΑΝΟΝΙΚΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ Η ΚΑΝΟΝΙΚΟΤΗΤΑ, NORMALITY (N) (2) α) Μεταθετικές Αντιδράσεις: Γραμμοι σοδυ ναμο (eq) -eq οξέος: ποσότητα οξέος σε g που περιέχει 1mole H + (6,022 x 10 23 ιόντα Η + ) -eq βάσης: ποσότητα βάσης σε g που παίρνει 1mole H + (6,022 x 10 23 ιόντα Η + ) -eq άλατος: ποσότητα άλατος σε g που αντικαθιστά 1mole στοιχειωδών θετικών ήαρνητικών φορτίων 1mole H + (6,022 x 10 23 στοιχειώδη φορτία) 10

ΚΑΝΟΝΙΚΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ Η ΚΑΝΟΝΙΚΟΤΗΤΑ, NORMALITY (N) (3) Γραμμοι σοδυ ναμο (eq) β) Οξειδοαναγωγικές Αντιδράσεις: -eq οξειδωτικού: ποσότητα του οξειδωτικού σε g που προσλαμβάνει 1mole ηλεκτρονίων (6,022 x 10 23 e - ) -eq αναγωγικού: ποσότητα αναγωγικού σε g που παρέχει 1mole ηλεκτρονίων (6,022 x 10 23 e - ) 11

ΚΑΝΟΝΙΚΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ Η ΚΑΝΟΝΙΚΟΤΗΤΑ, NORMALITY (N) (4) 1eq=1mol/n Μεταθετικές Αντιδράσεις Οξύ: αριθμός H + που περιέχει ένα μόριο οξέος Βάση: αριθμός Η + που παίρνει ένα μόριο βάσης n Άλας: ολικό θετικό ήαρνητικό φορτίο των ιόντων του άλτος που αντιδρούν, ανά μόριο άλατος Οξειδωτικό: Αριθμός ηλεκτρονιών που προσλαμβάνει ένα μόριο οξειδωτικου Αντιδράσεις οξειδοαναγωγής Αναγωγικό: Αριθμός ηλεκτρονίων που αποβάλλει ένα μόριο αναγωγικού 12

ΚΑΝΟΝΙΚΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ Η ΚΑΝΟΝΙΚΟΤΗΤΑ, NORMALITY (N) (5) Αριθμός eq = m(g)/i.b.(g/eq) Αριθμός meq = m(mg)/i.b.(mg/eq) Ισοδύναμο Βάρος I.B. = M.B./n Κανονικότητα διαλυματος ουσίας που συμμετέχει σε καθορισμένη χημική αντίδραση: Ν = αρ. eq/v(l) = αρ. meq/v(ml) = = m(g)/i.b.(g/eq) x V(L) = m(mg)/i.b.(mg/eq) x V(mL) αρ. eq = N x V(L) αρ. meq = N x V(mL) 13

ΚΑΝΟΝΙΚΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ Η ΚΑΝΟΝΙΚΟΤΗΤΑ, NORMALITY (N) (6) Δίνεται αριθμός moles μιας ουσίας και ζητείται αριθμός eq αρ. eq = αρ. moles x n(eq/mol) αρ. meq = αρ. mmoles x n(meq/mmol) Δίνεται Μκαι ζητείται Ν Ν= Μ x n 14

ΚΑΝΟΝΙΚΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ Η ΚΑΝΟΝΙΚΟΤΗΤΑ, NORMALITY (N) (7) Η κανονικο τητα χρησιμοποιει ται κυριώς στην ποσοτικη ανα λυση (ογκομετρικη ανα λυση) Ημοριακο τητα και κανονικο τητα μεταβα λλονται με τη θερμοκρασιά γιατι μεταβα λλεται οο γκος του διαλυ ματος. Ορι ζονται για ορισμε νη θερμοκρασιά. Κυ ριο πλεονε κτημα τους απλοποιου νται οι χημικοι υπολογισμοι Κατα την αντι δραση δυό διαλυμα των: Ι σης μοριακο τητας, οι ο γκοι τους βρι σκονται σε απλη σχε ση μεταξυ τους Ι σης κανονικο τητας, οι ο γκοι ει ναι ι σοι 15

ΚΑΝΟΝΙΚΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ Η ΚΑΝΟΝΙΚΟΤΗΤΑ, NORMALITY (N) (8) Για την αντίδραση των ουσιών Ακαι Β αριθμο ς eq A = αριθμο ς eq B V A x N A =V B x N B Η ανωτε ρω εξι σωση χρησιμοποιει ται και για τη λυ ση προβλημα των αραιω σεως διαλυμα των. Η κανονικο τητα ουδε ποτε χρησιμοποιει ται σε εκφρα σεις χημικη ς ισορροπιάς (μο νο σε αντιδρα σεις). Διαλυ ματα ορισμε νου Μ η Ν παρασκευα ζονται με δια λυση της απαιτου μενης ποσο τητας ουσιάς σε ο γκο διαλυ τη (συνη θως Η 2 Ο) μικρο τερο απο τον τελικο και στη συνε χεια αραιώση με σα σε ογκομετρικη φια λη με χρι τη χαραγη. 16

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΥΡΕΣΗΣ eq ΉΙ.Β. (1) 1. Οξύ H 3 PO 4 a) H 3 PO 4 + OH - H 2 PO 4- + H 2 O 1 H + Αντίδραση εξουδετέρωσης (μεταθετική αντίδραση) 1eq = 1mol/1 = 98,00/1 = 98,00g I.B. = 98,00/1 = 98,00 b) H 3 PO 4 + 2OH - HPO 4 2- + 2H 2 O 1eq = 1mol/2 = 98,00/2 = 49,00g 2 H + I.B. = 98,00/2 = 49,00 17

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΥΡΕΣΗΣ eq ΉΙ.Β. (2) 2. Βάση ΝΗ 3 ΝΗ 3 + Η + ΝΗ 4 + 3. Βάση Ba(OH) 2 Αντίδραση εξουδετέρωσης (μεταθετική αντίδραση) 1eq = 1mol/1 = 17,03/1 = 17,03g I.B. = 17,03/1 = 17,03 Ba(OH) 2 + 2H + Ba 2+ + 2H 2 O 1eq = 1mol/2 = 171,34/2 = 85,67g I.B. = 171,34/2 = 85,67 18

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΥΡΕΣΗΣ eq ΉΙ.Β. (3) 4. Άλας Na 2 CO 3 19

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΥΡΕΣΗΣ eq ΉΙ.Β. (4) 5. Αλας Κ 2 Cr 2 O 7 20

Μοριακη Συγκε ντρωση κατα 1000 g διαλυ τη (molality, m) Εκφρα ζει τα γραμμομο ρια διαλυμε νης ουσιάς σε 1000 g διαλυ τη. Ει ναι ανεξα ρτητη απο τη θερμοκρασιά Χρησιμοποιει ται κυριώς στη Φυσικοχημειά, στη μελε τη των προσθετικω ν ιδιοτη των των διαλυμα των 21

ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΣΕ ΓΡΑΜΜΟΜΟΡΙΑΚΟ Ή ΜΟΡΙΑΚΟ ΚΛΑΣΜΑ Μοριακο κλα σμα x A συστατικου Α του διαλυ ματος, ονομα ζεται ολο γος του αριθμου των mol αυτου n A προς το συνολικο αριθμο των mol ο λων των συστατικω ν του διαλυ ματος Το μοριακο κλα σμα εκφρα ζει και το λο γο του αριθμου των μοριών ενο ς συστατικου προς το συ νολο των μοριών του διαλυ ματος 22

ΤΙΤΛΟΣ ΔΙΑΛΥΜΑΤΟΣ (TITER, T) Ει ναι το βα ρος μιας προσδιοριζο μενης ουσιάς που ει ναι ισοδυ ναμο με τη μονα δα ο γκου του διαλυ ματος. Εκφρα ζεται συνη θως σε mg/ml Εμπειρικα διαλυ ματα με γνωστο Τ χρησιμοποιου νται σε αναλυ σεις ρουτι νας, για την απλου στευση των υπολογισμω ν. T(mg/mL) = N(meq/mL) x eq(mg/meq) T(mg/mL) = M(mmol/mL) x qmw(mg/mmol) (για αντι δραση 1:1) 23

ΕΝΕΡΓΟΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΉΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑ (1) Η ιοντικη ατμο σφαιρα που περιβα λλει ε να ιο ν ελαττω νει την ταχυ τητα και τη δραστικο τητα του Το δια λυμα συμπεριφε ρεται σαν η συγκε ντρωση του να ει ναι μικρο τερη απο τη στοιχειομετρικη (πραγματικη η αναλυτικη ) συγκε ντρωση C. Για ακριβε στερους υπολογισμου ς που περιλαμβα νουν ιοντικε ς η μοριακε ς συγκεντρω σεις και συμφωνιά των υπολογιζο μενων τιμω ν με τα πειραματικα δεδομε να, πρε πει να πολλαπλασια σουμε τη συγκε ντρωση C επι ε να διορθωτικο συντελεστη f (συντελεστη ενεργο τητας). Ε τσι λαμβα νεται ηαποτελεσματικη η ενεργο ς συγκε ντρωση α (ενεργο τητα). 24

ΕΝΕΡΓΟΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΉΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑ (2) α = fc Σε δια λυμα ηλεκτρολυ τη, ο f αποτελει με τρο της απο κλισης αυτου απο την ιδανικη συμπεριφορα, εξαιτιάς των διιοντικω ν ε λξεων. Σε πολυ αραια διαλυ ματα, οι διιοντικε ς ε λξεις ει ναι αμελητεές. C 0, f 1, α C Ενεργο τητα και συγκε ντρωση εκφρα ζονται με ι διες μονα δες Ο συντελεστη ς ενεργο τητας ει ναι καθαρο ς (χωρι ς διαστα σεις) αριθμο ς. 25

ΕΝΕΡΓΟΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΉΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑ (3) Ητιμη του f εξαρτα ται απο το φορτιό z του ιο ντος και την ιοντικη ισχυ μ του διαλυ ματος -logf = Az 2 μ (Εξι σωση Debye-Huckel) A = σταθερα = 0,51 (για νερο και Θ=25 ο C) μ = 1 2(c 1 z 1 2 +c 2 z 22 +...c n z n2 ) = 1 2 Σc i z i 2 C i : μοριακο τητες των διαφο ρων ιο ντων, z i :φορτιά των ιο ντων 26

ΕΝΕΡΓΟΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΉΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑ (4) Για μεγαλυ τερη ακρι βεια χρησιμοποιει ται ησχε ση: -logf = Az 2 μ / (1 + μ) Ακριβει ς τιμε ς f προσδιορι ζονται πειραματικα Ουπολογισμο ς της ενεργο τητας σε πολυ πλοκα διαλυ ματα ει ναι δυ σκολος γι αυτο χρησιμοποιου με συγκεντρω σεις αντι ενεργο τητες. Σε υπολογισμου ς που περιλαμβα νουν χημικε ς ισορροπιές χρησιμοποιου νται ενεργο τητες ο που ει ναι δυνατο ν. 27