Hóa Học Việt Nam Nguồn: Chembuddy Dịch: Thái Phú Khánh Hòa Các Phương Pháp Tính Tốn Nồng Độ Mục lục Nồng độ gì? Nồng độ phần trăm khối lượng Các đơn vị tính ppm, ppb, ppt, ppq Nồng độ phần trăm khối lượng – thể tích .2 Nồng độ phần trăm thể tích Có vấn đề sử dụng đến nồng độ phần trăm hay không? Nồng độ Phân tử gam Nồng độ chuẩn Nồng độ mol khối lượng Phần mol Chuyển đổi từ nồng độ phần trăm khối lượng sang nồng độ mol thể tích Chuyển đổi từ nồng độ phần trăm sang nồng độ mol khối lượng Pha loãng trộn dung dịch Các ký hiệu dùng Phụ Bảng tóm tắt số cơng thức tính tốn nồng độ .10 Nồng độ gì? Nồng độ cách mô tả thành phần hỗn hợp Trong đó, hầu hết dùng nồng độ để mô tả dung dịch chất lỏng, khái niệm nồng độ dùng cho hỗn hợp bất kỳ, không dùng cho hỗn hợp chất lỏng Thành phần kim loại hợp kim tính theo tỉ lệ phần trăm tương tự thành phần chất phân hóa học Khi nói khơng khí có chứa 1% khí trơ, đồng nghĩa với việc đề cập đến khái niệm nồng độ Cách biểu diễn nồng độ theo thành phần phần trăm thường dùng đến, cách sử dụng lĩnh vực chuyên biệt khác Nồng độ mol thể tích nồng độ đương lượng (nồng độ chuẩn) thường dùng đến lĩnh vực “Hóa Học Phân Tích” chúng thuận lợi cho việc tính tốn hàm lượng chất tham gia sản phẩm phản ứng Nồng độ Mol khối lượng nồng độ Phần mol thường dùng lĩnh vực “Hóa Lý” chúng khơng thay đổi theo nhiệt độ Tỉ lệ phần trăm thường không dùng đến ngoại trừ phần trăm khối lượng, giúp dễ hiểu, dung dịch với nồng độ phần trăm cho trước, giúp dễ dàng chuẩn bị Nồng độ phần trăm khối lượng Tỉ lệ phần trăm khối lượng thường dùng để biểu diễn nồng độ Nó định nghĩa sau: C % w /w = m chất tan × 100 % m dung dịch (1) Khối lượng dung dịch (trong trường hợp đơn giản có dung môi chất tan) là: m dung dịch = m chất tan  m dung môi (2) Do viết lại cơng thức nồng phần trăm khối lượng sau: C % w/ w = m chất tan × 100 % m dung dịch  m chất tan (3) Tỉ lệ phần trăm khối lượng nồng độ phần trăm xác định, khác với nồng độ phần trăm thể tích, bạn nên ý tới đơn vị thơng số ghi nhãn lọ hóa chất Các đơn vị tính ppm, ppb, ppt, ppq PP (Parts per) ký hiệu qui ước dùng cho nồng độ có giá trị nhỏ Nhìn chung tương tự với thành phần phần trăm khối lượng, nói 1% khối lượng điều có nghĩa 1g chất 100g hỗn hợp, gọi (mặc dù dùng) pph – (parts per hundred ) phần trăm Các ký hiệu khác liệt kê đây: ppm Phần triệu (parts per milion) (106) ppb Phần tỉ (parts per bilion) (109) ppt Phần nghìn tỉ (parts per trillion) (1012) ppq Phần triệu tỉ (parts per quadrilion) (1015) Đơn vị ppq dùng đến, dùng cho việc tính tốn lý thuyết, ppt thường hay bị nhầm lẫn với “parts per thousand” (một phần nghìn)- Trong trường hợp bạn muốn dùng ký hiệu “part per” cách an toàn dùng ppth (parts per thousand) dùng ký hiệu ‰ (pro mille) Chú ý ký hiệu “Parts per” thường hay bị nhầm lẫn, ppm thường có nghĩa đơn vị khối lượng 106 đơn vị khối lượng, dùng cho đơn vị thể tích hạt 106 hạt 1ml SF6 (khí) thêm vào 1000 lít H2 (khí) tỉ lệ 1ppm thể tích, tỉ lệ khối lượng 73ppm Ví dụ: Trong mẫu Be có nguyên tử Pb 106 nguyên tử Be, tỉ lệ khối lượng Pb so với Be 23ppm Nồng độ phần trăm khối lượng – thể tích Trong sách giáo khoa Hóa Học tiếng Việt nồng độ phần trăm khối lượng-thể tích thường gọi “Nồng độ phần trăm” (% w/v) định nghĩa sau: C % w /v = m chất tan × 100 % Vdung dịch (4) Ví dụ: dung dịch chứa 5g chất tan 100ml dung dịch dungdịch có nồng độ 5% w/v Ở có điều quan trọng đáng ý Thứ là, nồng độ phần trăm khối lượng thể tích khơng biểu thị đơn vị phần trăm (%) đơn thuần, mà đơn vị [% g/l] Thứ hai là, cách định nghĩa nồng độ phần trăm khối lượng-thể tích có dung dịch có nồng độ cao 100% w/v Nồng độ phần trăm thể tích Nồng độ phần trăm thể tích [ % v/v ]được định nghĩa sau: C % v/ v = Vchất tan × 100 % Vdung dịch (5) Ví dụ: Rượu vang có nồng độ 12% v/v etanol, điều có nghĩa 100ml rượu vang có 12 ml etanol Chỉ tích khí lý tưởng có tính cộng hợp Nhưng tất trường hợp khác thể tích cuối khơng tổng thể tích đầu dùng để chuẩn bị hỗn hợp, nồng độ phần trăm thể tích chất hỗn hợp có tổng khơng 100% Nếu bạn đổ nước vào 50ml etanol để thu 100ml dung dịch bạn có dung dịch 50% v/v etanol Như nồng độ phần trăm thể tích nước dung dịch bao nhiêu? Về mặt logic câu trả lời thường 50%, co lại thể tích nên để có 100ml dung dịch bạn phải thêm 53,7 ml nước, nồng độ nước 53,7% v/v Do tổng nồng độ etanol nước dung dịch 103,7% điều thật không hay chút Do co lại thể tích nên chuyển đổi nồng độ phần trăm thể tích bạn phải cần đến khối lượng riêng dung dịch, dung môi chất tan Có vấn đề sử dụng đến nồng độ phần trăm hay không? Như vấn đề nhắc đến mục “Nồng độ phần trăm khối lượng -thể tích” “Nồng độ phần trăm thể tích” Ít có thêm hai lý phải cẩn trọng dùng đến nồng độ phần trăm Nồng độ phần trăm thường bị lạm dụng nhiều phương diện khác Một dung dịch nhãn 5% chuẩn bị cách thêm 5g chất tan vào 95g dung môi, nhiên cách sau thường khuyến cáo người ta để ý đến, là: lấy 5g chất tan thêm dung mơi đến thể tích 100ml (nồng độ % w/v), lấy 5g chất tan đổ vào 100ml dung môi Nếu làm ẩu pha dung dịch với nồng độ % w/v có lẽ bạn lấy 5g chất tan thêm dung mơi vào đến thể tích 100ml, lấy 5g chất tan pha với dung mơi để chất tan, tan hết sau đưa thể tích dung dịch lên 100ml Dung dịch với nồng độ phần trăm thể tích 50% v/v thường chuẩn bị cách đong một thể tích chất lỏng Trong trường hợp kết cuối khôn giống thật nồng độ chất có dung dịch khó xác định Thơng thường người ta để ý đến chênh lệnh nồng độ thật nồng độ giả định, chúng không chuẩn xác chuẩn bị dung dịch Khi dùng đến dung dịch loại này, bạn nên biết thành phần chất dung dịch không bạn mong đợi Nồng độ phần trăm theo thể tích khối lượng- thể tích phụ thuộc vào nhiệt độ Khi nhiệt thấp độ xác chúng đáng nghi ngờ Nồng độ Phân tử gam Nồng độ phân tử gam hay nồng độ mol thể tích (SGK thường gọi nồng độ mol) thường biểu thị M, định nghĩa là: CM = n chất tan Vdung dịch (6) Và có đơn vị [ mol/L] Đây đơn vị nồng độ thường dùng Nồng độ mol thường dùng ứng dụng phân tích thường đo với độ xác cao Và cách biểu thị nồng độ khuyến cáo giúp cho việc tính tốn hàm lượng chất tham gia sản phẩm phản ứng dễ dàng Bất lợi nồng độ mol lại bị ảnh hưởng nhiệt độ, mà dung dịch bị làm nóng lên gần thể tích thay đổi mà nồng độ mol giảm xuống Khi nhiệt độ chênh lệnh 5° C làm cho nồng độ mol thay đổi khoảng 1% nên sai số khoảng xảy cho dù đọc giá trị thể tích ghi buret cách xác Trong sách hay báo cũ, bạn thấy nồng độ viết dạng M/500- điều có nghĩa mol 500 lit dung dịch (M/500 = 0.002mol/L) Nồng độ chuẩn Nồng độ đương lượng (hay nồng độ chuẩn) tương tự nồng độ mol dùng đương lượng thay cho mol chất tan dung dịch Nó biểu thị số đương lượng lit Do với dung dịch có nhiều nồng độ đương lượng cho loại phản ứng khác Ví dụ dung dịch axít sulfuric 1M có nồng độ đương lượng 2N cho phản ứng axít/bazơ 1N phản ứng tạo tủa BaSO4 Để tính tốn nồng độ đương lượng dung dịch bạn cần biết xác nồng độ mol hệ số tỉ lượng chất phản ứng dùng Để chuyển đổi nồng độ đương lượng sang dạng nồng độ khác trước hết bạn phải tìm nồng độ mol Nồng độ chuẩn có đơn vị [đương lượng/L] Nồng độ mol khối lượng Nồng độ mol khối lượng định nghĩa theo cách độc lập với thay đổi nhiệt độ: Cm = n chất tan m dung môi (7) Và biểu thị đơn vị [mol/kg] Dạng nồng độ dùng “Hóa phân tích” lại hay dùng “Hóa lý” đặc biệt tìm hiểu tính chất chất đó, khoảng nhiệt độ giao động rộng, tính chất dung dịch thay đổi với nhiệt độ thành phần chất Phần mol Phần mol định nghĩa tỉ số số mol chất tổng số mol tất chất Ví dụ: Một dung dịch chứa 10 mol etanol 1000g nước Mà 1000g nước có 55.51 mol nước phần mol etanol là: 10/(55.51+10)=0.1527 Phần mol không phụ thuộc vào nhiệt Phần mol dùng cho hỗn hợp chất, Phần mol có giá trị cực đại ln tổng tất phần mol chất hỗn hợp Để chuyển phần mol sang dạng nồng độ khác, cần biết khối lượng dung môi chất tan Và điểm đáng ý phần mol khơng có đơn vị Chuyển đổi từ nồng độ phần trăm khối lượng sang nồng độ mol thể tích Trước hết, tất trường hợp bạn muốn chuyển đổi đơn vị nồng độ bạn cần phải biết phân tử lượng chất tan khối lượng riêng dung dịch Mặc dầu người nghề chuyển đổi nồng độ tay cần, cách tốt dùng cơng cụ có khả tính tốn nồng độ phần mềm CASC ChemBuddy Nhưng giá thành phần mềm Việt Nam khơng muốn mua có quyền hẳn hoi cả, họ tính tốn tay Đơn giản khơng có kinh phí để mua quyền Dẫu tính tốn tay logic khối lượng công việc không lớn Những phép tính đơn giản mà dùng phần mềm tính toán thường hay làm cho người lười Trong phương pháp chung dùng chuyển đổi nồng độ phương pháp mà bạn để ý đến định nghĩa nồng độ, nhằm áp dụng công thức chuyển đổi Nhưng bạn phải cần thêm số thơng tin phụ để hồn tất công việc Bây giả sử cần chuyển từ nồng độ phần trăm khối lượng sang nồng độ mol thể tích Tơi phải xem lại nồng độ mol thể tích định nghĩa nào? CM = n chất tan Vdung dịch (8) Trong CM nồng độ mol thể tích, nchất tan số mol Vdung dịch thể tích Nồng độ mol khối lượng định nghĩa là: C % w/w = m chất tan × 100 % m dung dịch (9) Việc phải làm biểu diễn số mol thể tích dùng phương trình (8) theo định nghĩa nồng độ phần trăm khối lượng Trước hết biểu diễn số mol chất tan theo khối lượng n chất tan = m chất tan mM (10) Trong mM phân tử lượng chất tan, mchất tan tính theo nồng độ phần trăm khối lượng Từ phương trình số (9) tơi rút được: m chất tan = C% w / w 100 % ×m dung dịch (11) Từ phương trình (10) (11) tơi biểu diễn nchất tan n chất tan = C % w/ w m dung dịch 100 % m M (12) Bây phải giải đến thể tích dung dịch, tơi có mdung dịch cần tìm thêm thể tích dung dịch, hai đại lượng lại có mối liên hệ theo phương trình sau đây: Vdung dịch = m dung dịch 1000 d (13) Tại lại phải dùng đến thừa số 1000? Là thể tích lấy đơn vị L khối lượng riêng lại có đơn vị g/ml nên phải cần đến thừa số 1000 để qui đổi 1000 số ml L Bây đến lúc tơi gộp phương trình lại thành phương trình tổng quát hơn: CM = n chất tan V dung dịch = C % w/w m dungdịch 100 % m M mdung dịch 1000 d = 10 C% w/ w d mM (14) Hay CM = 10 C% w /w d mM (15) Trong sách tham khảo bán thị trường, thường thấy họ dùng công thức tương tự ký hiệu có khác chút: CM = 10 C % d M (16) Trong C % M nồng độ phần trăm phân tử lượng chất tan Bạn nên biết nồng độ phần trăm hiểu nồng độ phần trăm khối lượng Khi viết thuật toán cho phần mềm chuyển đổi từ nồng độ phần trăm khối lượng, bạn cần đến phương trình (16) Tuy ngơn ngữ lập trình khác cú pháp dùng chung thuật toán Chuyển đổi từ nồng độ phần trăm sang nồng độ mol khối lượng Việc chuyển đổi sang nồng độ mol khối lượng đòi hỏi yêu cầu cao hơn, cần phân biệt dung môi dung dịch Hãy xem lại định nghĩa nồng độ phần trăm khối lượng nồng độ mol khối lượng Cm = n chất tan m dung môi (17) C % w /w = m chất tan m dung mơi mchất tan × 100 % (18) Xem hai cơng thức khơng thấy có điểm chung cả, phải tìm điểm chung chúng cách chuyển nchất tan sang dạng gốc ban đầu n chất tan = m chất tan mM (19) Từ biểu thức (17) (19) ta thu biểu thức đây: Cm = 1000 m chất tan × m M m dung mơi (20) Thừa số 1000 cần thiết nồng độ mol khối lượng có đơn vị [mol/kg] khối lượng chất có đơn vị gam Nếu có rút tỉ lệ mchất tan / mdung môi từ công thức (18) coi việc đưa cơng thức chuyển đổi hồn tất C % w / w mdung mơi  C % w / w m chất tan = m chất tan 100 % (21) Đặt nhân tử chung ta thu được: C % w / w mdung môi = m chất tan 100 % − C % w / w  (22) thu tỉ lệ thức sau đây: m chất tan m dung môi = C% w/ w 100 % − C % w/ w  (23) Thay biểu thức (23) vào (20) thu công thức cuối: Cm = C % w/ w 1000 × m M 100 % − C% w /w  (24) Hay Cm = 1000 C % w/ w m M 100 % − C % w / w  Từ phương trình bạn tính Cm theo C% w/w ngược lại (25) Pha loãng trộn dung dịch Phương pháp đơn giản để trộn lẫn dung dịch dựa vào công thức C M1 V1  C M2 V  = C MF V F (26) Trong CM V nồng độ mol thể tích hỗn hợp dung dịch Khi khơng có u cầu khác phương trình cân khối lượng là: C M1 V = C MF VF (27) Cả hai công thức chúng khơng cho manh mối để tính tốn thể tích hỗn hợp dung dịch sau trộn chung Vì lý khối lượng riêng thay đổi sau trộn lẫn, co lại thể tích nên thể tích cuối có đơi khơng tổng thể thích dung dịch trước trộn Tuy nhiên bảng liệt kê khối lượng riêng khơng giúp nhiều cho việc tính tồn nồng độ bạn khơng biết thể tích dung dịch Và bạn khơng thể tính tốn thể tích dung dịch khơng biết khối lượng riêng Khối lượng riêng hàm nồng độ mà khơng thể tính Cách tốt để khỏi bế tắc tính toán nồng độ phần trăm khối lượng Trường hợp thường tham chiếu đến bảng liệt kê khối lượng riêng nồng độ biết Nếu biết thể tích dung dịch trước trộn lẫn, dùng bảng tham chiếu khối lượng riêng để tìm khối lượng dung dịch sau dùng đến cơng thức tính nồng độ phần trăm khối lượng C % w/ w = m chất tan ×100 % mdung dịch (28) Và hiển nhiên là: m dung dịch = m chất tan  m dung môi Để tìm khối lượng chất tan dung mơi ta dùng phương trình sau: m chất tan = C w /w 100 % ×m dung dịch ; m dung dịch = m dung môi  m chất tan (29) Có kối lượng chất tan, có khối lượng dung mơi tìm khối lượng dung dịch, tìm nồng độ phần trăm khối lượng dung dịch Tìm C% w/w tìm nồng độ mol thể tích dung dịch dựa theo bảng thao chiếu khối lượng riêng Khi tìm nồng độ mol thể tích dung dịch, áp dụng vào biểu thức (26) (27) tìm thể tích cuối dung dịch cách dễ dàng Các ký hiệu dùng • • • • • • • • • • C% w/w C% w/v C% v/v CM Cm m mM n V d : : : : : : : : : : Nồng độ phần trăm khối lượng Nồng độ phần trăm khối lượng-thể tích Nồng độ phần trăm thể tích Nồng độ mol thể tích Nồng độ mol khối lượng khối lượng Phân tử lượng Số mol Thể tích khối lượng riêng Phụ Dưới tơi đính kèm bảng tóm tắt cơng thức tính tốn chuyển đổi dạng nồng độ Bạn in tờ giấy A5 nhỏ hơn, gấp làm đôi, kẹp chung với máy tính bỏ túi tiện dụng, cần đến bạn cần mở mà không cần phải vắt óc để nhớ lại Bạn khơng nên đem bảng tóm tắt vào phòng thi, giám thị phát bạn gặp rắc rối Nếu phải thi bạn phải nhớ cơng thức thơi, khơng lựa chọn khác Tơi khơng muốn gian lận có bảng tóm tắt cơng việc chuẩn bị hóa chất phòng thí nghiệm dễ dàng Tôi người Việt, thật xấu hổ nói tơi khơng giỏi tiếng Việt để diễn đạt dịch cách trơi chảy dễ đọc Nếu bạn thấy có ngơn từ chưa thích hợp, góp ý kiến cho tơi để dịch lần sau tốt Mọi ý kiến góp xin gửi vào: h2vnteam[AT]gmail dot com Bảng tóm tắt số cơng thức tính tốn nồng độ Nồng độ mol thể tích Trộn lẫn dung dịch M V1  M V  = M F V F ; Trong MF, VF nồng độ cuối thể tích cuối n chất tan m chất tan M = M = V dung dịch mM Vdung dịch chấttan Các phương trình khác Nồng độ mol khối lượng Cm n chất tan m chất tan = = m dung môi mM m chất tan Số mol chất tan n chất tan = chấttan dung môi Khối lượng riêng dung dịch: d = Nồng độ đương lượng Eqchất tan Vdung dịch N = Trong Eqchất tan số đượng lượng chất tan m chất tan m chất tan ×100 % = ×100 % m dungdịch m chất tan  m dung môi ppm, ppb, ppt ppm = m chất tan mdung dịch ×10 ; ppb = mchất tan mdung dịch ×10 ; ppt = m chất tan m dungdịch ×10 Phần mol x = hợp n chất tan ∑ ni ; ∑ ni tổng số mol tất chất có mặt hỗn m dung dịch ; V có đơn vị L (lit) 1000 V Các ký hiệu thường dùng M N Cm Eq n mM V m d Nồng độ phần trăm khối lượng C% w / w = m chất tan ; m dung dịch = mdung môi  m chất tan mM : : : : : : : : : Nồng độ mol thể tích (mol/L) Nồng độ đương lượng (Eq/L) Nồng độ mol khối lượng (mol/L) Số đương lượng Số mol Phân tử khối (g) Thể tích Khối lượng (g) Khối lượng riêng (g/mL) Chuyển đổi sang nồng độ mol thể tích Từ nồng độ phần trăm khối lượng sang nồng độ mol thể tích: M = 10 C % w/ w d mM chấttan Từ nồng độ mol khối lượng sang nồng độ mol thể tích: M = 1000 m d 1000  m m M chất tan Phần mol sang nồng độ mol thể tích: M = mM chấttan 1000 d 1 − x   mM x dung môi Chuyển đổi từ nồng độ mol Nồng độ mol sang nồng độ phần trăm khối lượng: C % w/ w = M mM chấttan 10 d Nồng độ mol thể tích sang nồng độ mol khối lượng: Cm = 1000 M 1000 d − M m M chất tan Nồng độ mol thể tích sang phần mol: x = M mM 1000 d  M  m M dung môi dung môi − mM chất tan  Bảng tham chiếu khối lượng riêng g/ml % w/w NaOH H2SO4 Axetic HCl NH3 0.0 0.9991 0.9991 0.9982 0.9992 0.9991 1.0 1.0106 1.0054 0.9997 1.0032 0.9956 2.0 1.0219 1.0129 1.0012 1.0082 0.9913 3.0 1.0331 1.0198 1.0026 1.0132 0.9832 4.0 1.0443 1.0266 1.0041 1.0181 0.9792 5.0 1.0554 1.0334 1.0055 1.0230 0.9597 10.0 1.1111 1.0687 1.0126 1.0474 0.9421 15.0 1.1655 1.1048 1.0195 1.0725 0.9256 20.0 1.2219 1.1430 1.0261 1.0980 0.8951 30.0 1.3311 1.2212 1.0383 1.1493 40.0 1.4339 1.3070 1.0488 1.1980 50.0 1.5290 1.3989 1.0575 60.0 1.5031 1.0642 70.0 1.6150 1.0642 80.0 1.7323 1.0699 90.0 1.8197 1.0660 100.0 1.8305 1.0497 ... tích dung d ch, tơi có mdung d ch cần tìm thêm thể tích dung d ch, hai đại lượng lại có mối liên hệ theo phương trình sau đây: Vdung d ch = m dung d ch 1000 d (13) Tại lại phải d ng đến thừa s ... nồng độ mol d ng đương lượng thay cho mol chất tan dung d ch Nó biểu thị s đương lượng lit Do với dung d ch có nhiều nồng độ đương lượng cho loại phản ứng khác Ví d dung d ch axít sulfuric 1M... Và hiển nhiên là: m dung d ch = m chất tan  m dung mơi Để tìm khối lượng chất tan dung mơi ta d ng phương trình sau: m chất tan = C w /w 100 % ×m dung d ch ; m dung d ch = m dung môi  m chất