Stężenie procentowe roztworu

Stężenie procentowe informuje, jaka część masy roztworu przypada na substancję rozpuszczoną. Stosuje się wzór:

$$C_p = \frac{m_s}{m_r} \cdot 100\%$$

Symbol $m_s$ oznacza masę substancji rozpuszczonej, a $m_r$ — masę całego roztworu. Masa roztworu jest sumą masy substancji i rozpuszczalnika:

$$m_r = m_s + m_{rozp}$$

Wartości mas muszą być wyrażone w tych samych jednostkach, np. w gramach.

Aby przygotować roztwór o określonej masie i stężeniu, najpierw oblicza się masę substancji:

$$m_s = \frac{C_p \cdot m_r}{100\%}$$

Następnie oblicza się masę rozpuszczalnika:

$$m_{rozp} = m_r - m_s$$

W praktyce odważa się substancję, rozpuszcza ją w części rozpuszczalnika, a później dodaje pozostałą ilość rozpuszczalnika. Takie postępowanie ułatwia dokładne rozpuszczenie substancji i kontrolę masy końcowego roztworu.

• obliczenie masy substancji,
• obliczenie masy rozpuszczalnika,
• odważenie składników,
• rozpuszczenie substancji,
• uzyskanie wymaganej masy roztworu.

Należy pamiętać, że masa roztworu jest masą końcową, a nie masą wody użytej do jego przygotowania.

Rozcieńczanie polega na dodaniu rozpuszczalnika, najczęściej wody. W jego wyniku masa roztworu rośnie, ale masa substancji rozpuszczonej pozostaje niezmieniona. Stężenie spada, ponieważ ta sama ilość substancji znajduje się w większej masie roztworu.

Dla roztworu przed i po rozcieńczeniu można zapisać:

$$\frac{C_{p1}}{100\%} \cdot m_{r1} = \frac{C_{p2}}{100\%} \cdot m_{r2}$$

Jeżeli oba stężenia podaje się w procentach, wygodnie stosować skróconą postać:

$$C_{p1}m_{r1} = C_{p2}m_{r2}$$

Masa dodanej wody wynosi:

$$m_{wody} = m_{r2} - m_{r1}$$

Zatężanie roztworu przez odparowanie polega na usunięciu części rozpuszczalnika. Jeżeli substancja nie paruje i nie ulega przemianie, jej masa pozostaje stała. Zmniejsza się natomiast masa roztworu, dlatego stężenie procentowe wzrasta.

Jeżeli znana jest masa substancji i końcowe stężenie, masę roztworu po zatężeniu oblicza się ze wzoru:

$$m_{r2} = \frac{m_s \cdot 100\%}{C_{p2}}$$

Masa odparowanego rozpuszczalnika jest różnicą mas:

$$m_{odparowanej\ wody} = m_{r1} - m_{r2}$$

Zatężanie jest odwrotnością rozcieńczania pod względem zmiany masy rozpuszczalnika, ale w obu procesach najważniejszy jest bilans masy substancji rozpuszczonej.

Podczas mieszania roztworów tej samej substancji masa końcowa jest sumą mas składników:

$$m_{r końcowa} = m_{r1} + m_{r2}$$

Najpierw oblicza się masę substancji w każdym roztworze:

$$m_{s1} = \frac{C_{p1}m_{r1}}{100\%}, \qquad m_{s2} = \frac{C_{p2}m_{r2}}{100\%}$$

Następnie sumuje się masy substancji i dzieli przez masę mieszaniny:

$$C_{p końcowe} = \frac{m_{s1}+m_{s2}}{m_{r1}+m_{r2}} \cdot 100\%$$

Najczęstsze błędy to używanie masy rozpuszczalnika zamiast masy roztworu, pomijanie substancji zawartej w jednym z mieszanych roztworów oraz odejmowanie masy wody przy rozcieńczaniu zamiast jej dodawania.