LÖSNINGARS KONCENTRATION

För att bereda vattenlösningar av ett ämne måste man veta vilken koncentration den ska ha. När vi gör en lösning kommer dess koncentration att bero på mängden löst ämne och volymen. Du känner redan till detta hemifrån när du blandar saft – lite saftkoncentrat och mycket vatten ger en svag saft och mycket saftkoncentrat och lite vatten ger en stark saft. Nu är det inte saft vi ska blanda utan lösningar för kemiska reaktioner. Koncentrationen kan anges på tre olika sätt, vilka vi ska gå igenom nedan.

Mängd löst ämne

Här anger man mängden löst ämne per 100 gram av lösningsmedlet. En lösning av salt och vatten kan till exempel innehålla 10 gram NaCl per 100 g. Detta sätt att ange lösningens halt är inte speciellt vanlig inom kemin eftersom det inte anger antalet atomer/molekyler av det lösta ämnet. 

Viktprocent

Detta är ungefär samma som mängden löst ämne, men man uttrycker det i viktsprocent istället. Om det finns 3,2 gram salter lösta i 100 gram havsvatten, blir salthalten 3,2/100 = 0,032, vilket det samma som 3,2%. För havsvatten anges salthalten ofta i promille, vilket för exempel skulle bli 32‰.

Molaritet

För att vi ska kunna beräkna kemiska reaktioner måste vi veta antalet atomer/molekyler som kan delta i reaktionen. För att ange en lösnings halt använder vi därför enheten mol/dm3, som i beräkningarna anges med beteckningen lilla c.

En NaCl-lösning med halten 1 mol/dm3, innehåller alltså 1 mol NaCl per dm3, en NaCl-lösning med halten 0,25 mol/dm3, innehåller 0,25 mol NaCl per dm3 och 0,5 dm3 av en NaCl-lösning med halten 1 mol/dm3 innehåller 0,5 mol NaCl.

Matematiskt kan vi beskriva detta som: c = n/V, vilket ger enheten mol/dm3.

Exempel 1

Du vill tillverka 0,25 dm3 av en NaCl-lösning med c = 2 mol/dm3

nNaCl = VNaCl • cNaCl = 0,25 • 2 = 0,5 mol
MNaCl = 23 + 35,5 = 58,5 g/mol
mNaCl = nNaCl • MNaCl = 0,5 • 58,5 = 14,625 g

De flesta skollabb har bara vågar som mäter ner till 0,01 g, så vi avrundar detta till 14,62 g.



Detta är den enklaste formen av beräkning för lösning. I Exempel 2 och 3 visas hur man kan utföra andra typer av beräkningar för lösningar. 

Exempel 2

Du har en 0,5 dm3 av en kopparsulfat-lösning med koncentrationen 0,25 mol/dm3. Ur denna vill du göra 100 ml med koncentrationen 0,1 mol/dm3. Hur ska du göra?

Substansmängden kopparsulfat i den nya lösningen ska vara:
nKopparsulfat = V • c = 0,1 • 0,1 = 0,01 mol

Den volym av den första lösningen som innehåller denna substansmängd är:

V = n/C  = 0,01/0,25 = 0,04 dm3.

Du ska mäta upp 40 ml av den första lösningen och späda denna till 100 ml för att få koncentrationen 0,1 mol/dm3.

Exempel 3

Du har två lösningar av saltsyra, HCl:
L1: 0,35 dm3 med c = 0,001 mol/dm3
L2: 0,20 dm3 med c = 0,0009 mol/dm3
Vilken koncentration får lösningen om du häller båda dessa i samma kärl?

n1 = V1 • c1= 0,35 • 0,001 = 0,00035 mol
n2 = V2 • c2= 0,20 • 0,0009 = 0,00018 mol

nny = 0,00035 + 0,00018 = 0,00053 mol
Vny = 0,35 + 0,20 = 0,55 dm3

cny = 0,00053/0,55 = 0,00096  mol/dm3

Vi får alltså en ny koncentration som ligger någonstans mellan de två ursprungliga koncentrationerna.

Hur går det då till i labbet?

När du beräknat hur stor massa av ämnet du ska ha för den önskade volymen, är det bara den praktiska delen kvar. Som vanligt vid allt arbete i labbet gäller det att vara noggran och metodisk. Följ gången som beskrivs här.

Väg noggrant upp den beräknade mängden av ämnet. Använd ett vågskepp eller en muffinsform, så blir det lättare att föra över till mätkolven.

Blanda allt ordentligt genom att skaka och vända mätkolven (håll i proppen). Om det är svårt att lösa ämnet kan du använda en magnetomrörare.

Häll försiktigt över ämnet till en mätkolv med önskad volym. Se till att du inte spiller något så att allt hamnar i mätkolven.

När allt löst sig ska du fylla på upp till märket på mätkolven med destillerat/ avjonat vatten. Undre delen av menisken ska ligga mot märket.

Sätt till destillerat/avjonat vatten upp till drygt halva volymen. Skölj även ut vågskeppet/muffinsformen om du ser att det behövs.

För över lösningen till en tydligt uppmärkt förvaringsflaska och diska mätkolven  och proppen noggrant.

Vilken massa kopparnitrat vägdes upp?
Vi börjar som vanligt med att ställa upp vad vi vet. Observera vad som står på etiketten på burken – Koppar(II)nitrat trihydrat. Detta innebär att för varje enhet kopparnitrat finns det tre vattenmolekyler, vilket skrivs Cu(NO3)2 • 3H2O. Vi måste ta hänsyn till detta vatten vid beräkningen av molmassan.

MKopparnitrat = 63,55 + 2(14,01 + 3 • 16,00) + 3(2 • 1,008 + 16) = 241,62 g/mol
VKopparnitrat = 100 ml = 0,1 dm3
cKopparnitrat = 0,1 dmmol/dm3 (se etiketten på förvaringsflaskan)

Vi börjar med att räkna ut substasmängden koppar(II)nitrat hexahydrat.
nKopparnitrat = VKopparnitrat • cKopparnitrat = 0,1• 0,1 = 0,01 mol
mKopparnitrat = nKopparnitrat • MKopparnitrat = 0,01 • 241,62 = 2,4162 g   =>  2,42 g koppar(II)nitrat trihydrat vägdes upp.

När man anger en lösnings koncentration, är detta oftast bara en beskrivning av hur man gjort lösningen. Om en jonförening löses upp i vatten blir de ingående jonerna fria från varandra. Om vi löser upp bariumhydroxid (Ba(OH)2) i vatten, finns det ingen bariumhydroxid i lösningen utan fria bariumjoner (Ba2+) och fria hydroxidjoner (OH). Här blir det också tydligt att det ur 1 mol bariumhydroxid bildas 1 mol bariumjoner och 2 mol hydroxidjoner. Molförhållandet är mycket viktigt att ta hänsyn till vid kemiska reaktioner och beräkningar!