Koncentration

Senast uppdaterad söndag, 31 juli 2011 18:33

För att räkna på volymer och koncentrationer av lösningar används inom kemin följande formel: \normalsize n = c \cdot V

Där n står för substansmängd och har enheten mol.
c står för koncentration och har enheten mol/dm3.
V står för volym och har enheten dm3.

Formeln ovan har med andra ord enheterna: \normalsize \mathrm mol = \frac{mol}{dm^3}\, \cdot\, dm^3

Fördelen med en formel som denna är att man med enkla medel kan kasta om den så att man kan beräkna vilken som helst av de tre värdena, om man har de två andra.

\normalsize n = c\, \cdot\, V och \normalsize c = \frac{n}{V} och \normalsize V = \frac{n}{c} är alla baserade från samma formel, men används till att beräkna de olika värdena beroende på vilka värden man har från början.

Koncentrationen av ett visst ämne kan även beskrivas genom att ämnet sätts inom hakparanteser. [NaCl] betyder "koncentrationen av NaCl". Det finns därmed två olika sätt att beskriva koncentrationen av ett visst ämne:

\normalsize \text [NaCl] = 0,5 mol/dm^3

\normalsize \text c{(NaCl)} = 0,5 mol/dm^3

 

Molaritet

Molaritet är ett annat sätt att uttrycka koncentration på. Enheten M (molar) är lika med mol/dm3. Om man säger att en lösning är "enmolarig" så betyder det att koncentrationen är 1 mol/dm3. Förutom den tidigare varianten kan man alltså även beskriva koncentrationer med molaritet:

\normalsize \text [NaCl] = 0,5 M

\normalsize \text c{(NaCl)} = 0,5 M

 

Koncentration i saltlösningar

I en saltlösning har vi löst upp ett salt (vanligtvis i vatten). Säg att vi har löst upp 1 mol av saltet MgCl2 i en volym av 1 liter. Detta ger oss en koncentration av saltet på 1 M. Ibland är det dock relevant att räkna ut koncentrationen av en viss typ av jon i lösningen. Då krävs det att vi skriver ned en reaktionsformel för upplösning av saltet:

\normalsize \text MgCl_2(s) \longrightarrow \:Mg^{2+}(aq) + 2Cl^-(aq)

För varje enhet av magnesiumklorid får vi ut två enheter av kloridjoner. Har vi koncentrationen 1 M av saltet så har vi koncentrationen 2 M av kloridjoner i lösningen.

Det är med andra ord viktigt att känna till hur saltet löses upp om du blir ombedd att beräkna koncentrationen av en viss jon i en saltlösning.

 

Att bereda en lösning

När du i vanliga fall ska bereda (framställa) en lösning för en laboration behöver du en viss volym och en viss koncentration av lösningen. Med denna information kan du beräkna hur stor substansmängd av det upplösta ämnet du behöver med hjälp av formeln:

\normalsize n = c\, \cdot\, V

Beroende på vilket ämne det är du löser upp i vatten så varierar molmassan, och därmed hur stor massa du behöver:

\normalsize m = M\, \cdot\, n

Med dessa två formler kan du bereda vilken lösning som helst, om du har ett fast ämne du ska lösa upp i en viss volym vatten och ska nå en viss koncentration.

Om du redan har en lösning som ska spädas bör du läsa mer om spädningar.

 

Praktiskt tillvägagångssätt vid beredning

När man löser fasta ämnen i vätskor är det viktigt att man börjar med att lösa upp det fasta ämnet i en mindre volym den totala. Om du ska lösa 1 g salt i 50 ml vatten så börjar du med att lösa det i kanske 30 ml, för att därefter hälla på vatten tills du når 50 ml volym på lösningen.

Orsaken till att man gör detta är att volymen förändras när du lägger i det fasta ämnet. Om du börjar med att mäta upp din totala volym och därefter tillsätter det fasta ämnet kommer du att ha en större volym än vad du vill ha. Börja alltid med att lösa ämnen i en litet mindre volym än den slutgiltiga.

Att blanda vätskor med varandra kan vara lite jobbigare. Om man exempelvis blandar 50 ml vatten och 50 ml etanol så får slutlösningen en volym på ca. 96 ml. Detta beror på att de två ämnena mer effektivt kan packas ihop med varandra än de gör med enbart sitt eget ämne, och totalvolymen minskar.

 

Övningsuppgifter

Enklare beräkningar 


Övningsuppgift 1
Hur stor substansmängd NaCl innehåller en liter av en enmolarig koksaltlösning?
Svar
En liter av en enmolarig koksaltlösning innehåller en mol NaCl.
Lösning
Vi vet om V och c. n ska beräknas.

\normalsize V=1\, \mathrm{dm^3}

\normalsize c=1\, \mathrm{mol/dm^3}

\normalsize n = c\, \cdot\, V = 1\, \mathrm{mol/dm^3}\, \cdot\, 1\, \mathrm{dm^3}\, =\, 1\, \mathrm{mol}

En liter av en enmolarig koksaltlösning innehåller en mol NaCl.


Övningsuppgift 2
0,30 mol socker har lösts i 0,80 liter vatten, hur stor är koncentrationen?
Svar
Koncentrationen är 0,38 mol/dm3 eller 0,38 M.
Lösning
\normalsize n = 0,30\, \mathrm{mol}

\normalsize V = 0,80\, \mathrm{dm^3}

\normalsize c = \frac{n}{V}=\frac{0,3\, \mathrm{mol}}{0,8\, \mathrm{dm^3}} = 0,375\, \mathrm{mol/dm^3} \approx 0,38\, \mathrm{mol/dm^3}

Koncentrationen är 0,38 mol/dm3 eller 0,38 M (avrundning pga. antalet gällande siffror).


Övningsuppgift 3
En lösning av Na3PO4 har koncentrationen 1 M. Hur stor är koncentrationen av natriumjoner i lösningen?
Svar
Koncentrationen av natriumjoner är 3 mol/dm3 eller 3 M.
Lösning
\normalsize \text [Na_3PO_4] = 1 M

För att få reda på hur många natriumjoner som skapas vid upplösning skriver vi ned reaktionsformeln:

\normalsize \text Na_3PO_4(s) \longrightarrow \:3Na^{+}(aq) + PO_4^{3-}(aq)

Vi ser att det för varje enhet av saltet skapas tre enheter av natriumjoner. Vi har en molar av saltet.

Koncentrationen av natriumjoner är därmed 3 mol/dm3 eller 3 M.

 

Bereda lösningar


Övningsuppgift 4
Hur stor volym behövs för att framställa en 2,00 M lösning från 3,00 g NaNO3?
Svar
Volymen som behövs för att framställa en 2,00 M lösning från 3,00 g natriumnitrat är 0,0176 dm3.
Lösning
\normalsize c = 2\, \mathrm{mol/dm^3}

\normalsize V = \frac{n}{c}

För att få fram substansmängden måste vi först räkna fram substansmängden natriumnitrat.

\normalsize n = \frac{m}{M}

\normalsize M = 23 + 14 + 3\cdot 16 = 85\, \mathrm{g/mol}

\normalsize n = \frac{3\, \mathrm{g}}{85\, \mathrm{g/mol}} = 0,0353\, \mathrm{mol}

Nu kan vi använda formeln för volym då vi vet både koncentration och substansmängd.

\normalsize V = \frac{n}{c} = \frac{0,0353\, \mathrm{mol}}{2} = 0,0176\, \mathrm{dm^3}

Volymen som behövs för att framställa en 2,00 M lösning från 3,00 g natriumnitrat är 0,0176 dm3.


Övningsuppgift 5
Du ska genomföra en laboration i skolan. En av reaktionerna kräver att du har 50 ml av en 0,20 M lösning av NaHCO3. Hur mycket NaHCO3 ska du väga upp?
Svar
Vi behöver 0,84 g av saltet för att bereda 50 ml av en 0,2 M lösning av NaHCO3.
Lösning
\normalsize \text \it{V} = 50 ml = 50 cm^3 = 0,05 dm^3

\normalsize \text \it{c} = 0,2 mol/dm^3

Vi börjar med att beräkna hur stor substansmängd av saltet vi behöver.

\normalsize \text \it{n} = \it{c} \cdot \:\it{V}

\normalsize \text \it{n} = 0,2 mol/dm^3 \cdot \:0,05 dm^3 = 0,01 mol

Därefter beräknar vi hur stor massa av saltet vi behöver.

\normalsize \text \it{M}_{(NaHCO_3)} = 84 g/mol

\normalsize \text \it{m} = \it{M} \cdot \:\it{n}

\normalsize \text \it{m} = 84 g/mol\, \cdot\, 0,01 mol = 0,84 g

Vi behöver 0,84 g av saltet för att bereda 50 ml av en 0,20 M lösning av NaHCO3.