12.4 – Koncentration af opløsninger

Mængden af stof opløst i en bestemt mængde opløsning, kaldes opløsningens koncentration. Vi vil se på koncentrationer, der er et forhold mellem en bestemt mængde opløst stof, i en given mængde opløsning.

$\textup{Koncentration af opl\o sning}=\frac{\textup{m\ae ngde af stof}}{\textup{m\ae ngde af opl\o sning}}$

Masseprocent (m/m) koncentration

Masseprocent (m/m), undertiden også kaldet vægt/vægtprocent (w/w), beskriver massen af det opløste stof i gram, for nøjagtig 100 gram af opløsningen. I beregningen af masseprocent, skal enhederne for opløst stof og opløsning være de samme. Hvis massen af opløst stof er angivet i gram, så skal massen af opløsningen også være i gram. Massen af opløsningen, er summen af massen af det opløste stof og massen af opløsningsmiddel.

Når vand tilføjes 8,00 g KCl for at danne 50,00 g KCl opløsning, er masseprocenten 16,0% (m/m)

$\inline \textup{Masseprocent}=\frac{\textup{masse af opl\o st stof (g)}}{\textup{masse af opl\o st stof (g)}+\textup{masse af opl\o sningsmiddel (g)}}\cdot \textup{100%}$

$=\frac{\textup{masse af opl\o st stof (g)}}{\textup{masse af opl\o sning (g)}}\cdot 100%$

Antag, at vi har forberedt en opløsning, ved at blande 8,00 gram KCl (opløst stof), med 42,00 g vand (opløsningsmiddel). Sammen, giver massen af det opløste stof og massen af opløsningsmidlet (8,00 g + 42,00 g = 50,00 g). Masseprocenten beregnes ved at indsætte værdierne i masseprocentligningen:

$\underset{\color{Magenta} \textup{(opl\o st stof + opl\o sningsmiddel)}}{\underset{\textup{8,00 g KCl + 42,00 g H}_{2}\textup{O}}{\underbrace{\frac{\textup{8,00 g KCl}}{\textup{50 g opl\o sning}}}}}\cdot \textup{100%}=\textup{16,0% }(^{\textup{m}}/_{\textup{m}}) \textup{ KCl opl\o sning}$

Konceptforståelse 12.4

Masseprocent (m/m) koncentration

En NaBr opløsning klargøres, ved at tilføje 4,0 g NaBr til 50,0 g H₂O.

a. Hvad er massen på opløsningen?
b. Er den endelige koncentration af NaBr opløsning lig med 7,4% (m/m), 8,0% (m/m), eller 80,0% (m/m)?

Svar

a. Massen af NaBr opløsningen, er summen af de 4,0 g NaBr og de 50,0 g H₂O opløsningsmiddel, hvilket er 54,0 g (4,0 g NaBr + 50,0 g H₂O).

b. Masseprocenten af NaBr opløsningen er 7,4 % (m/m):

$\frac{\textup{4,0 g NaBr}}{\textup{54,0 g NaBr + H}_{2}\textup{O}}\cdot 100%= \textup{7,4 % (m/m) NaBr opl\o sning}$

Opgaveeksempel 12.4

Beregning af masseprocent (m/m) koncentration

Hvad er masseprocenten (m/m) af en opløsning, der forberedes ved at opløse 30,0 g NaOH i 120,0 g H₂O?

Løsning

Trin 1:
Angiv de oplyste mængder og de ønskede mængder.

Trin 2:
Opstil koncentrationsligningen.

$\textup{Masseprocent (m/m)}=\frac{\textup{gram opl\o st stof}}{\textup{gram opl\o sning}}\cdot 100%$

Trin 3:
Indsæt mængderne i ligningen, og beregn resultatet.

$\textup{Masseprocent (m/m)}=\frac{\textup{30,0 g NaOH}}{\textup{150,0 g opl\o sning}}\cdot 100%=\textup{20,0% (m/m) NaOH opl\o sning}$

Volumenprocent (v/v) koncentration

Etiketten fortæller, at vaniljeekstraktet indeholder 35% (v/v) alkohol.

Fordi volumen af flydende stoffer eller gasser let kan måles, er koncentrationen af deres opløsninger, ofte udtrykt som volumenprocent (v/v). Enhederne for volumen der bruges i forholdet, skal være de samme – for eksempel i milliliter, eller i liter for begge mængder.

$\textup{Volumenprocent (v/v)}=\frac{\textup{volumen af opl\o st stof}}{\textup{volumen af opl\o sning}}\cdot 100%$

Vi tolker en volumen/volumenprocent, som volumenet af opløst stof i nøjagtig 100 mL opløsning. På en flaske vaniljeekstrakt, viser etiketten af den indeholder 35% (v/v) alkohol, hvilket betyder 35 mL ethanol i nøjagtig 100 mL vaniljeekstrakt.

Opgaveeksempel 12.5

Beregning af volumenprocent (v/v) koncentration

Citronekstrakt er en blanding af citron-ekstrakt og alkohol.

En flaske indeholder 59 mL citronekstraktopløsning. Hvis ekstraktet indeholder 49 mL alkohol, hvad er volumenprocenten (v/v) af alkoholen i ekstraktopløsningen?

Løsning

Trin 1:
Angiv de oplyste og de ønskede mængder.

Trin 2:
Opstil koncentrationsligningen.

$\textup{Volumenprocent (v/v)}=\frac{\textup{mL opl\o st stof}}{\textup{mL opl\o sning}}\cdot 100%$

Trin 3:
Indsæt mængderne i ligningen, og beregn resultatet.

$\textup{Volumenprocent (v/v)}=\frac{\textup{49 mL alkohol}}{\textup{59 mL opl\o sning}}\cdot 100%= \textup{83% (v/v) alkoholopl\o sning)}$

Masse/Volumenprocent (m/v) koncentration

Masse/volumenprocent (m/v), undertiden også kaldet vægt/volumenprocent (w/v), beskriver massen af opløst stof, i nøjagtig 100 mL opløsning. I beregningen af masse/volumenprocenten, er enheden for massen af opløst stof gram, og enheden for volumen af opløsningen er milliliter.

$\textup{Masse/volumenprocent (m/v)}=\frac{\textup{gram opl\o st stof}}{\textup{milliliter opl\o sning}}\cdot 100%$

Masse/volumenprocenten, anvendes bredt på hospitaler og apoteker, til forberedelse af intravenøse opløsninger og medicin. For eksempel indeholder en 5% (m/v) glucoseopløsning, 5 g glucose i nøjagtig 100 mL opløsning. Volumenet af opløsningen, repræsenterer det samlede volumen af glucose og H₂O.

Molaritet (M) koncentration

Når kemikere arbejder med opløsninger, bruger de ofte betegnelsen molaritet (M), en koncentration der angiver antallet af mol opløst stof i nøjagtig 1 L opløsning.

Molariteten af en opløsning, kan beregnes, hvis man kender antal mol opløst stof og volumenet af opløsningen i liter.

$\textup{Molaritet (M)}=\frac{\textup{mol opl\o st stof}}{\textup{liter opl\o sning}}$

For eksempel, hvis 1,0 mol NaCl opløses i nok vand til at forberede 1,0 L opløsning, vil den resulterende NaCl opløsning, have en molaritet på 1,0 M. Forkortelsen M, angiver enheden mol per liter (mol/L).

$\textup{M}=\frac{\textup{mol opl\o st stof}}{\textup{liter opl\o sning}}=\frac{\textup{1,0 mol NaCl}}{\textup{1 L opl\o sning}}=\textup{1,0 M NaCl opl\o sning}$

Opgaveeksempel 12.6

Beregning af molaritet

Hvad er molariteten (M) af 87,7 g NaCl i 250 mL NaCl opløsning?

Løsning

Trin 1:
Angiv de oplyste og de ønskede mængder.

For at beregne antal mol NaCl, er det nødvendigt at opstille ligeværdier og konverteringsfaktorer for den molære masse for NaCl. Herefter kan antal mol i 87,7 g NaCl bestemmes.

1 mol NaCl = 58,44 g NaCl
$\frac{\textup{1 mol NaCl}}{\textup{58,44 g NaCl}}\; \; \; \; \textup{og}\; \; \; \; \frac{\textup{58,44 g NaCl}}{\textup{1 mol NaCl}}$

$\textup{mol NaCl}=\textup{87,7 g NaCl}\cdot \frac{\textup{1 mol NaCl}}{\textup{58,44 g NaCl}}=\textup{1,50 mol NaCl}$

Trin 2:
Opstil koncentrationsligningen.

$\textup{Molaritet (M)}=\frac{\textup{mol opl\o st stof}}{\textup{liter opl\o sning}}$

Trin 3:
Indsæt mængderne i ligningen, og beregn resultatet.

$\textup{Molaritet (M)}=\frac{\textup{1,50 mol NaCl}}{\textup{0,250 L opl\o sning}}=\frac{\textup{6,00 mol NaCl}}{\textup{1 L opl\o sning}}=\textup{6,00 M NaCl opl\o sning}$

Tabel 12.6 opsummerer typerne af enheder, der anvendes i de forskellige typer af koncentrationsudtryk for opløsninger.

Brug af koncentration som en konverteringsfaktor

I forberedelse af opløsninger, har vi ofte brug for at beregne mængden af opløst stof eller opløsning. Her er koncentrationen nyttig som konverteringsfaktor. Nogle eksempler på koncentrationer, deres betydning, og mulige konverteringsfaktorer, er vist i tabel 12.7. Værdien af 100 i nævneren i en procentligning, er et eksakt tal. Nogle eksempler på brug af procentkoncentration eller molaritet som konverteringsfaktorer er givet i Opgaveeksempel 12.7 og 12.8.

Opgaveeksempel 12.7

Brug masseprocent til beregning af mængde af opløst stof

Den aktuelle antibiotiske salve Neosporin, er en 3,5% (m/m) neomycinopløsning. Hvor mange gram neomycin er der i en tube som indeholder 64 g salve?

Løsning

Trin 1:
Angiv de oplyste og de ønskede mængder.

Trin 2:
Opstil en plan til beregning af massen eller volumenet.

gram salve

gram neomycin

Trin 3:
Opstil ligeværdierne og konverteringsfaktorene. Masseprocenten (m/m) angiver gram opløst stof i hver 100 g af opløsning. Masseprocenten (3,5% m/m), kan skrives som to konverteringsfaktorer.

100 g salve = 3,5 g neomycin
$\frac{\textup{3,5 g neomycin}}{\textup{100 g salve}}\; \; \; \; \textup{og}\; \; \; \; \frac{\textup{100 g salve}}{\textup{3,5 g neomycin}}$

Trin 4:
Opstil ligningen, og beregn massen eller volumenet.

$\textup{64 g salve}\cdot \frac{\textup{3,5 g neomycin}}{\textup{100 g salve}}=\textup{2,2 g neomycin}$

Opgaveeksempel 12.8

Brug af molaritet til beregning af volumen

Hvor mange liter 2,00 M NaCl opløsning behøves, for at give 67,3 g NaCl?

Løsning

Trin 1:
Angiv de oplyste og de ønskede mængder.

gram NaCl

mol NaCl

liter NaCl opløsning

	1 mol NaCl = 58,44 g NaCl		1 L opløsning = 2,00 mol NaCl
	$\frac{\textup{1 mol NaCl}}{\textup{58,44 g NaCl}}\; \; \; \; \textup{og}\; \; \; \; \frac{\textup{58,44 g NaCl}}{\textup{1 mol NaCl}}$		$\frac{\textup{1 L opl\o sning}}{\textup{2,00 mol NaCl}}\; \; \; \; \textup{og}\; \; \; \; \frac{\textup{2,00 mol NaCl}}{\textup{1 L opl\o sning}}$

Trin 4:
Opstil ligningen, og beregn massen eller volumenet.

$\inline \textup{liter NaCl opl\o sning}=\textup{67,3 g NaCl}\cdot \frac{\textup{1 mol NaCl}}{\textup{58,44 g NaCl}}\cdot \frac{\textup{1 L opl\o sning}}{\textup{2,00 mol NaCl}}=\textup{0,576 L opl\o sning}$

12.5 – Fortynding og kemiske reaktioner i opløsninger →