Методы и приборы аналитического контроля

Концентрация вещества

Состав вещества характеризуется числом частиц отдельных компонентов (от лат. componens — составляющий) пробы и может быть выражен в граммах или других единицах массы. Однако в практических целях состав выражают через концентрацию С компонентов.

Концентрация (от новолат. concentratio — сосредоточение) — величина, определяющая содержание компонента в смеси, растворе, сплаве.

Массовая доля /-го компонента в веществе (материале, газе).

— отношение массы /-го компонента, содержащегося в веществе, к общей массе вещества.

Молярная доля /-го компонента в газе — отношение количества вещества /'-го компонента, содержащегося в газе, к общему количеству вещества газа.

Моль — количество вещества системы, содержащей столько структурных элементов, сколько атомов содержится в нуклиде (от лат. nucleus — ядро) углерода-12 массой 0,012 кг.

Слово «моль» происходит от слова «молекула» (новолат. molecula, уменьшит, от лат. moles — масса). Число частиц, содержащееся в моле любого вещества, называют постоянной (числом) Авогадро (A. Avogadro — итальянский физик и химик, 1776.

— 1856).

где т_с — масса атома углерода.

При обычных расчётах пользуются приближённым значением N_a = 6,022−10²³ моль^-1. В округлённых числах моль, например, содержит 2 г водорода, 32 г кислорода, 18 г воды.

Погрешность измерения постоянной Авогадро (в виде относительного среднего квадратического отклонения — С КО) оценивается в настоящее время как 0,59−10.

Число структурных элементов Z можно определить по формуле.

где п — количество вещества в молях.

Структурным элементом может быть молекула, ион, электрон, группа частиц (например, функциональная группа, часть молекулы, ассоциация, радикал и т. п.). Одни структурные элементы существуют реально (молекула Нг, ион Ю₃^-), другие чисто условно (молекула NaCl в растворе, половина молекулы, протон в растворе). Поэтому единица «моль» условных частиц удобна и обычно используется для выражения микрообъектов.

С 1999 года официально введена новая производная единица СИ — катал (моль в секунду) для измерения каталитической активности ферментов.

Молярная масса (М) — это масса одного моля вещества. Если имеется вещество массой т, то М = —. Молярная масса име;

/?

ет размерность г/моль. Численно молярная масса равна относительной молекулярной массе, т. е. суммарной массе всех атомов в частице, отнесённой к 1/12 массе атома углерода. Относительная молекулярная масса есть безразмерная величина, её легко вычислить по таблицам атомных масс элементов.

Молярный объём (V₀) — это объём одного моля вещества при нормальных условиях. Обычно эту величину используют для газов, в этом случае V₀ = 22,4 моль '.

Молярный заряд (Q) — это общий заряд одного моля вещества. Для однозарядных частиц Q = F= 96.485 Юг моль ¹ (F — число Фарадея, М. Faraday — английский физик, 1791 — 1867), для z-зарядных частиц Q = zF.

Объёмная доля /-го компонента в веществе — отношение объёма /-го компонента, содержащегося в веществе, к общему объёму вещества.

Массовое отношение /'-го компонента в веществе — отношение массы нго компонента, содержащегося в веществе, к массе остальной части вещества.

Массовая, объёмная и молярная доли компонентов веществ смесей — относительные величины, поэтому их измеряют в долях единицы, процентах (%), тысячных — промилле (от лат. pro mille — за тысячу, °/₀₀), миллионных (ppm), миллиардных (ppb) и триллионных (ppt) долях.

Способы выражения концентрации вещества приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1.

Концентрация вещества _.

Свойства веществ характеризуются числовыми значениями физических или физико-химических величин, например, плотности, вязкости, электрической проводимости и тому подобное, поддающихся измерениям.

Моляльность — количество вещества в единице массы (1 кг) растворителя. Преимущество моляльности состоит в независимости от температуры.

Эквивалент. Между условными частицами в соединении существуют определённые соотношения, называемые стехиометрическими (от греч. aioixn^eiov — первоначало, элемент и …метрыя). Например, в NaCl на один атом натрия приходится один атом хлора, в молекуле H₂S0₃ два протона связаны с одной частицей S0₃. Между реагирующими частицами также устанавливаются стехиометрические отношения, например в реакции.

а условных единиц вещества, А реагируют с b условными частицами вещества В. Следовательно, одна частица, А эквивалентна.

b о, ^ Ь

— частицам вещества В при условии, что а > о. Отношение — а а

называют фактором эквивалентности вещества В и обозначают.

/м"(В).

Вещества реагируют между собой по закону Дальтона (J. Dalton — английский химик и физик, 1766 — 1844). Этот закон является основой всех количественных расчётов в аналитической химии, особенно в титриметрических методах анализа. На практике имеют дело не с отдельными эквивалентами или единичным химическим актом, а с большими совокупностями частиц. В этом случае стехиометрические соотношения между веществами проявляются в соотношении количеств веществ /?(А) и и (В) в молях.