التركيز هو مقياس لمقدار المادة المذابة في المذيب. في الكيمياء، توجد عدة طرق للتعبير عن التركيز، بما في ذلك المولارية، والموالية، والعيارية، ونسبة الكتلة، ونسبة الحجم، والأجزاء لكل مليون، والكسر الجزيئي. تُستخدم كل طريقة في مواقف مختلفة وتعبر عن التركيز بطريقة مختلفة قليلاً.
ستجد في الأسفل أمثلة محلولة لكل طريقة.
طرق التعبير عن التركيز
فيما يلي 7 من طرق التعبير عن التركيز التي يمكن من خلالها حساب تراكيز المواد الكيميائية وهي كالآتي:
المولارية (M):
المولارية هي واحدة من أكثر طرق التعبير عن التركيز استخداما في الكيمياء. لقد قمنا بإعداد منشور خاص بالمولارية تحت عنوان: كيفية حساب المولارية: 5 مسائل محلولة باستخدام قانون التركيز المولاري. وكما يمكنكم حساب التركيز المولاري بسهولة باستخدام حاسبة المولارية.
المولالية (m):
المولالية تشبه المولارية، لكنها تعتمد على كتلة المذيب بدلاً من الحجم. يتم تعريفه على أنه عدد مولات المذاب لكل كيلوغرام من المذيب. معادلة حساب المولالية هي: مولالي (م) = مولات المذاب / كيلوجرام من المذيب.
العيارية (N):
العيارية هي مقياس حموضة أو قاعدية المحلول وتعتمد على عدد مكافئات المذاب لكل لتر من المحلول. تُعرَّف المكافئات بأنها عدد مولات المذاب مضروبًا في عدد الأيونات أو الجزيئات التي ينتجها المذاب عندما يذوب. على سبيل المثال، سيكون للمحلول الذي يحتوي على 0.5 مول من حمض الهيدروكلوريك (HCl) لكل لتر من المحلول حالة طبيعية تبلغ 0.5N لأن حمض الهيدروكلوريك يتفكك إلى مول واحد من H + ومول واحد من أيونات الكلورين عندما يذوب.
نسبة الكتلة (٪):
النسبة المئوية الكتلية هي مقياس لكتلة المذاب لكل 100 جرام من المحلول. على سبيل المثال ، المحلول الذي يحتوي على 10 جرام من المذاب المذاب في 90 جرامًا من المذيب سيكون له نسبة كتلة 10٪. صيغة حساب النسبة المئوية للكتلة هي: نسبة الكتلة = (كتلة المذاب / كتلة المحلول) × 100.
النسبة المئوية للحجم (٪):
النسبة المئوية للحجم هي مقياس لحجم المذاب لكل 100 ملليلتر من المحلول. على سبيل المثال ، المحلول الذي يحتوي على 10 ملليلتر من المذاب المذاب في 90 ملليلترًا من المذيب سيكون له نسبة حجم 10٪. صيغة حساب النسبة المئوية للحجم هي: النسبة المئوية للحجم = (حجم المذاب / حجم المحلول) × 100.
التعبير عن التراكيز المنخفضة:
الأجزاء في المليون (ppm) أو الأجزاء في المليار (ppb): تُستخدم الأجزاء في المليون والأجزاء في المليار للتعبير عن تركيزات منخفضة جدًا من المذاب في المحلول. يتم تعريفها على أنها عدد أجزاء المذاب لكل مليون أو مليار جزء من المحلول. على سبيل المثال، المحلول الذي يحتوي على 1 جرام من المذاب المذاب في 1000000 جرام من المذيب سيكون له تركيز 1 جزء في المليون.
الكسر الجزيئي:
الكسر الجزيئي هو نسبة عدد مولات مكون معين في خليط إلى إجمالي عدد مولات جميع المكونات في الخليط. يتم استخدامه للتعبير عن تركيز أحد المكونات في خليط من الغازات أو السوائل. صيغة الكسر الجزيئي هي: الكسر الجزيئي = مولات المذاب / (مولات المذاب + مولات المذيب).
بشكل عام، يتم استخدام المولارية والمولالية عندما تكون كمية المذاب والمذيب معروفة، بينما يتم استخدام النسبة المئوية للكتلة والنسبة المئوية للحجم عندما تكون كتلة أو حجم المذاب والمذيب معروفين. يتم استخدام العيارية عند الحاجة إلى تحديد حموضة المحلول أو قاعدته، ويستخدم الكسر الجزيئي عند الحاجة إلى تحديد تركيز أحد المكونات في خليط من الغازات أو السوائل.
الجدول التالي ملخص لقوانين طرق التعبير عن التركيز:
| التركيز | القانون |
|---|---|
| المولارية (M) | \[M = \frac{n}{V}\] |
| المولالية (m) | \[m = \frac{n}{m}\] |
| العيارية (N) | \[N = \frac{E_q}{V}\] |
| النسبة المئوية الكتلية (m%) | \(\text{m%} = \frac{m}{m_{total}} × 100\) |
| النسبة المئوية الحجمية (V%) | \(\text{V%} = \frac{V}{V_{total}} × 100\) |
| الأجزاء في المليون (ppm) | \(\text{ppm} = \frac{mg}{L}\\ \text{or} \\ \text{ppm} =\frac{\text{mass of solute}}{\text{volume of solution}} × 10^6\) |
| الأجزاء في المليار (ppb) | \(\text{ppb} = \frac{μg}{L} \\ \text{or} \\ \text{ppb} = \frac{\text{mass of solute}}{\text{volume of solution}} × 10^9\) |
| الكسر الجزيئي (X) | \(X = \frac{n}{n_{total}}\) |
أمثلة محلولة
أمثلة محلولة في المولالية:
1. ما هي مولالية المحلول الناتج عن إذابة 10 جرامات من كلوريد الصوديوم (NaCl) في 500 مليلتر من الماء؟.
مولالية المذيب = 0.171 مول كلوريد الصوديوم / 0.500 كجم = 0.342 مولال.
2. ما هي مولالية المحلول الناتج عن إذابة 25 جرامًا من الجلوكوز (C6H12O6) في 500 ملليلتر من الماء؟.
الكتلة المولية للجلوكوز = 180.16 جم / مول.
25 جم جلوكوز / (180.16 جم / مول) = 0.138 مول جلوكوز.
المولالية = مولات المذاب / كيلوجرام من المذيب.
إذا: المولالية = 0.138 مول جلوكوز / 0.500 كجم = 0.276 مولال.
3. ما عدد جرامات المذاب الموجودة في 2 لتر من محلول 2m من حامض الكبريتيك (H2SO4)؟.
الكتلة المولية لحمض الكبريتيك = 98.08 جم / مول.
المولالية = مولات المذاب / كيلوجرام من المذيب.
2 مولال = مولات المذاب / 2 كجم. حيث مولال: المولالية (m)
2 مولال * 2 كجم = مولات المذاب.
مولات المذاب = 4 مولات
4 مولات H2SO4 (الحمض) * 98.08 جم / مول = 392.32 جم من حامض الكبريتيك.
مثال محلول للنسبة الكتلية:
لحساب النسبة المئوية الكتلية، اضرب كتلة المذاب في 100 واقسم على الكتلة الكلية للمحلول.
مثال: ما هي النسبة المئوية الكتلية لمحلول يحتوي على 25 جرامًا من المذاب و 75 جرامًا من المذيب؟.
النسبة المئوية الكتلية = (كتلة المذاب / الكتلة الكلية للمحلول) × 100.
= (25 جم / (25 جم + 75 جم)) × 100 = 25٪.
مثال محلول للنسبة المئوية الحجمية:
مثال: ما هي النسبة المئوية لحجم المحلول الذي يحتوي على 50 مل من المذاب و 100 مل من المذيب؟.
النسبة المئوية للحجم = (حجم المذاب / الحجم الكلي للمحلول) × 100.
= (50 مل / (50 مل + 100 مل)) × 100 = 33.33٪
أمثلة محلولة للمحاليل المخففة:
التركيز (ppm) = (كمية المذاب بالملجم / حجم المذيب باللتر) × 1،000،000.
2. ما هو تركيز المحلول الذي يحتوي على 0.5 جرام من المذاب في 1 لتر من المذيب؟.
التركيز (ppb) = (كمية المذاب بالجرام / حجم المذيب باللتر) × 1،000،000،000.
التركيز (ppb) = (0.5 جم / 1 لتر) × 1،000،000،000 = 500،000،000 جزء في البليون.
3. ما مقدار المذاب الموجود في محلول 500 جزء في المليون يحتوي على 2 لتر من المذيب؟.
التركيز (ppm) = (كمية المذاب بالملجم / حجم المذيب باللتر) × 1،000،000.
كمية المذاب (مجم) = (التركيز (ppm) × حجم المذيب (L)) / 1،000،000.
كمية المذاب (مجم) = ( 500 جزء في المليون × 2 لتر) / 1000000 = 1 مجم
4. ما مقدار المذاب الموجود في محلول 1 جزء في البليون يحتوي على 0.5 لتر من المذيب؟.
التركيز (ppb) = (كمية المذاب بالجرام / حجم المذيب باللتر) × 1،000،000،000.
كمية المذاب (g) = (التركيز (ppb) × حجم المذيب (L)) / 1،000،000،000.
كمية المذاب (جم) = ( 1 جزء في البليون × 0.5 لتر) / 1،000،000،000 = 0.0000005 جم.
لاحظ أنه يتم استخدام جزء في المليون(ppm) وجزء في البليون(ppb) بشكل شائع للتعبير عن تركيز الملوثات والمعادن الذائبة والمكونات النزرة الأخرى في سائل أو غاز.
أمثلة محلولة في الكسر الجزيئي
مثال 1: تم تحضير خليط من 0.50 مول من الميثان (CH4) و 0.50 مول من الإيثان (C2H6). ما هو الجزء الجزيئي للميثان في الخليط؟.
الحل: لإيجاد الكسر الجزيئي للميثان ، علينا قسمة عدد مولات الميثان على العدد الإجمالي للمولات في الخليط.
الكسر الجزيئي للميثان = (مولات الميثان) / (إجمالي عدد المولات في الخليط).
= 0.50 مول / (0.50 مول + 0.50 مول) = 0.50
مثال 2: تم تحضير خليط من 10 جم من الإيثانول (C2H5OH) و 20 جم من الماء. ما هو الكسر الجزيئي من الإيثانول في الخليط؟.
الحل: لإيجاد الكسر الجزيئي للإيثانول ، علينا أولًا تحويل كتلة كل مكون إلى مولات.
1 مول من الإيثانول = 46.07 جم.
1 مول من الماء = 18.02 جم.
10 جم من الإيثانول = (10 جم) / (46.07 جم / مول) = 0.217 مول.
20 جم من الماء = (20 جم) / (18.02 جم / مول) = 1.111 مول.
مجموع المولات في الخليط = 0.217 مول + 1.111 مول = 1.328 مول.
الكسر الجزيئي من الإيثانول = (مولات الإيثانول) / (إجمالي عدد المولات في الخليط) = 0.217 مول / 1.328 مول = 0.162
مثال 3: تم تحضير خليط من 30 جم من الهكسان (C6H14) و 40 جم من الأوكتان (C8H18). ما هو الكسر الجزيئي من الهكسان في الخليط؟.
الحل: لإيجاد الكسر الجزيئي للهكسان ، علينا أولًا تحويل كتلة كل مكون إلى مولات.
1 مول من الهكسان = 86.18 جم.
1 مول من الأوكتان = 114.23 جم
30 جم من الهكسان = (30 جم) / (86.18 جم / مول) = 0.348 مول.
40 جم من الأوكتان = (40 جم) / (114.23 جم / مول) = 0.351 مول.
مجموع المولات في الخليط = 0.348 مول + 0.351 مول = 0.699 مول.
الكسر الجزيئي من الهكسان = (مولات الهكسان) / (إجمالي عدد المولات في الخليط) = 0.348 مول / 0.699 مول = 0.499.