Eritmalarning konsentratsiyasi nima

Konsentratsiya, ya’ni ulush — komponentning aralashmadagi miqdorini butun aralashmaga nisbatan son jihatdan ifodalovchi kattalikdir.

IUPAC tomonidan konsentratsiya deganda komponentga tegishli to‘rtta kattalik tushuniladi: komponentning mol miqdori yoki zarrachalar soni, uning massasiyoki hajmining faqat eritma hajmiga nisbati (odatdagi o‘lchov birliklari mos ravishda mol/l, l⁻¹, g/l va o‘lchamsiz kattalik). Ulush deb IUPAC bir turdagi uch kattalikdan — massa, hajm yoki modda miqdoridan birining o‘lchamsiz nisbatini ataydi. Biroq kundalik amaliyotda «konsentratsiya» atamasi hajmiy ulush bo‘lmagan ulushlarga, shuningdek IUPAC ta’riflamagan nisbatlarga nisbatan ham qo‘llanadi. Har ikkala atama har qanday aralashmaga, jumladan mexanik aralashmalarganisbatan ishlatilishi mumkin, ammo ko‘pincha eritmalarga.

Matematik ifodalashning bir nechta turi farqlanadi: massaviy konsentratsiya, molyar konsentratsiya, zarrachalar konsentratsiyasi va hajmiy konsentratsiya.

Qizil bo‘yoq solingan ushbu stakanlar konsentratsiyaning sifat jihatdan qanday o‘zgarishini ko‘rsatadi. Chapdagi eritmalar o‘ngdagi konsentratsiyasi yuqoriroq eritmalarga qaraganda ko‘proq suyultirilgan.

Massaviy ulush

Ta’rifi	Komponentning massaviy ulushi — shu komponent massasining barcha komponentlar massalari yig‘indisiga nisbati.
Belgilanishi	$w$ — IUPAC tavsiyalariga ko‘ra. $\omega$ — rus tilidagi adabiyotlarda ko‘proq uchraydi. Texnik adabiyotlarda: ${\bar {x}}$ — suyuq aralashmaning massaviy ulushi uchun ${\bar {y}}$ — gaz aralashmasining massaviy ulushi uchun
O‘lchov birliklari	ulushlar, %_massa (foizlarda ifodalash uchun %_massa berilgan ifodani 100 % ga ko‘paytirish kerak)
Formula	$\omega _{\mathrm {B} }={\frac {m_{\mathrm {B} }}{m}}$ bu yerda: ω_B — B komponentining massaviy ulushi m_B — B komponentining massasi; $m$ — aralashmadagi barcha komponentlarning umumiy massasi.

Ikki komponentli eritmalarda ko‘pincha bir qiymatli (funksionalbog‘liqlik eritmaning zichligi bilan uning konsentratsiyasi o‘rtasida (muayyan haroratda) mavjud bo‘ladi. Bu muhim eritmalar konsentratsiyasini amalda quyidagi asboblar yordamida aniqlash imkonini beradi: densimetr (spirtometr, saxarimetr, laktometr). Ayrim areometrlar zichlik qiymatlari bo‘yicha emas, balki bevosita eritma konsentratsiyasiga qarab darajalangan (spirt, sutdagi yog‘ , shakar). Shuni hisobga olish kerakki, ayrim moddalar eritmalari zichligining egri chizig‘i maksimumga ega bo‘ladi. Bunday holatda ikki marta o‘lchash o‘tkaziladi: eritmaning o‘zida va uni biroz suyultirgandan keyin.

Ko‘pincha konsentratsiyani (masalan, sulfat kislotasi konsentratsiyasini akkumulyator batareyalarielektrolitida) shunchaki zichlik orqali ifodalaydilar. Eritmalar konsentratsiyasini aniqlash uchun mo‘ljallangan areometrlar (densimetrlar, zichlik o‘lchagichlar) keng tarqalgan.

Hajmiy ulush

Ta’rifi	Hajmiy ulush — aralashtirishdan oldin komponent hajmining barcha komponentlar hajmlari yig‘indisiga nisbati.
Belgilanishi	$\phi _{\mathrm {B} }$
O‘lchov birliklari	birlikning ulushlari, %_hajm (IUPAC foiz belgisidan keyin qo‘shimcha belgilar qo‘shishni tavsiya etmaydi; bu belgi — %)
Formula	$\phi _{\mathrm {B} }={\frac {V_{\mathrm {B} }}{\sum V_{i}}}$ , bu yerda: $\phi _{\mathrm {B} }$ — B komponentining hajmiy ulushi, V_B — B komponentining hajmi; $\sum V_{i}$ — aralashtirishdan oldin barcha komponentlar hajmlarining yig‘indisi.

Suyuqliklar aralashtirilganda ularning umumiy hajmi kamayishi mumkin. Shu sababli komponentlar hajmlarining yig‘indisini aralashma hajmi bilan almashtirmaslik kerak.

Muayyan moddalar eritmalarining konsentratsiyasini aniqlashga mo‘ljallangan areometrlarmavjud. Bunday areometrlar zichlik qiymatlari bo‘yicha emas, bevosita eritma konsentratsiyasi bo‘yicha darajalangan. Keng tarqalgan etil spirtieritmalarining konsentratsiyasi odatda hajmiy foizlarda ifodalanganligi sababli, bunday areometrlar quyidagi nomlarni olgan: spirtometrlar yoki andrometrlar.

Molyarlik (molyar hajmiy konsentratsiya)

Ta’rifi	Molyarlik — aralashmaning birlik hajmiga to‘g‘ri keladigan komponent modda miqdori (mollar soni).
Belgilanishi	IUPAC tavsiyasiga ko‘ra, $c$ yoki $[B]$ bilan belgilanadi, bu yerda B — konsentratsiyasi ko‘rsatilayotgan modda.
O‘lchov birliklari	SI birliklar tizimida — mol/m³. Amalda ko‘pincha mol/l yoki mmol/l ishlatiladi. Shuningdek, «molyar» atamasi ham qo‘llanadi. Molyar konsentratsiya uchun M belgisi ham ishlatilishi mumkin. Masalan, konsentratsiyasi 0,5 mol/l bo‘lgan eritma 0,5 molyar eritma deb ataladi va «0,5 M» deb yoziladi. Sonlardan keyin «mol» so‘zi xuddi «sm», «kg» kabi yoziladi va kelishiklarga qarab o‘zgartirilmaydi.
Formula	${c_{\mathrm {B} }}={\frac {n_{\mathrm {B} }}{V}}$ , bu yerda: $n_{\mathrm {B} }$ — modda miqdori komponentniki, mol; V — aralashmaning umumiy hajmi, l

Normal konsentratsiya (ekvivalentning molyar konsentratsiyasi, «normallik»)

Ta’rifi	Normal konsentratsiya — modda ekvivalentlari ning aralashmaning 1 litriga to‘g‘ri keladigan soni.
Belgilanishi	$C_{N}(B)$ , $C_{H}(B)$ , $c(f_{eq}~\mathrm {B} )$
O‘lchov birliklari	Normal konsentratsiya mol-ekv/l yoki g-ekv/l birliklarida ifodalanadi (ekvivalentlar moli nazarda tutiladi). Bunday eritmalar konsentratsiyasini yozishda «n» yoki «N» qisqartmalaridan foydalaniladi. Masalan, 0,1 mol-ekv/l bo‘lgan eritma detsinormal deb ataladi va 0,1 n tarzida yoziladi.
Formula	$c(f_{eq}~\mathrm {B} )=c{\big (}(1/z)~\mathrm {B} {\big )}=z\cdot c_{\mathrm {B} }=z\cdot {\frac {n_{\mathrm {B} }}{V}}={\frac {1}{f_{eq}}}\cdot {\frac {n_{\mathrm {B} }}{V}}$ , bu yerda: $n_{\mathrm {B} }$ — modda miqdori komponentniki, mol; $V$ — aralashmaning umumiy hajmi, litr; $z$ — ekvivalentlik soni (ekvivalentlik omili $f_{eq}=1/z$ ).

Normal konsentratsiya modda ishtirok etayotgan reaksiyaga qarab farq qilishi mumkin. Masalan, bir molyarli H₂SO₄ eritmasi ishqor bilan reaksiyaga kirishib kaliy gidrosulfati KHSO₄hosil qilsa, bir normal; kaliy sulfat hosil bo‘ladigan reaksiyada esa ikki normal hisoblanadi, mahsulot — K₂SO₄.

Mol (molyar) ulushi

Ta’rifi	Mol ulushi — muayyan komponentning mollar sonining barcha komponentlar mollarining umumiy soniga nisbati.
Belgilanishi	IUPAC mol ulushini $x$ harfi bilan (gazlar uchun esa $y$ ), deb belgilashni tavsiya etadi. Adabiyotlarda esa $\chi$ , $X$ .
O‘lchov birliklari	Birlikning ulushlari yoki %_mol (IUPAC foiz belgisidan keyin qo‘shimcha belgilar qo‘shishni tavsiya etmaydi; bu belgi — %)
Formula	$x_{\mathrm {B} }={\frac {n_{\mathrm {B} }}{\sum n_{i}}}$ , bu yerda: $x_{\mathrm {B} }$ — B komponentining mol ulushi; $n_{\mathrm {B} }$ — B komponentining modda miqdori, mol; $\sum n_{i}$ — barcha komponentlar modda miqdorlarining yig‘indisi.

Mol ulushidan, masalan, havoning ifloslanish darajasini miqdor jihatdan ifodalash uchun foydalanish mumkin. Bunda u ko‘pincha milliondan bir ulushlar (ppm — inglizcha parts per million (milliondan bir ulush)) bilan ifodalanadi. Biroq boshqa o‘lchamsiz kattaliklardagi kabi, chalkashlikka yo‘l qo‘ymaslik uchun, berilgan qiymat aynan qaysi kattalikka tegishli ekanini ko‘rsatish zarur.

Molallik (molyar massaviy konsentratsiya, molyar konsentratsiya)

Ta’rifi	Molal konsentratsiya (molallik, molyar massaviy konsentratsiya) — 1000 g erituvchiga to‘g‘ri keladigan erigan modda miqdori (mollar soni).
Belgilanishi	$m$
O‘lchov birliklari	mol/kg «Molal» ifodasi ham keng qo‘llanadi. Masalan, konsentratsiyasi 0,5 mol/kg bo‘lgan eritma 0,5 molal eritma deb ataladi.
Formula	${m_{\mathrm {B} }}={\frac {n_{\mathrm {B} }}{m_{\mathrm {A} }}}$ , bu yerda: $n_{\mathrm {B} }$ — erigan modda miqdori, mol; $m_{\mathrm {A} }$ — erituvchining massasi, kg.

Nomlari o‘xshash bo‘lishiga qaramay, molyar konsentratsiya va molallik turli kattaliklardir. Molyar konsentratsiyadan farqli ravishda, konsentratsiya molallik orqali ifodalanganda hisob eritmaning hajmiga emas, balki erituvchining massasiga nisbatan olib boriladi. Molallik, molyar konsentratsiyadan farqli o‘laroq, haroratga bog‘liq emas.

Massaviy konsentratsiya (titr)

Ta’rifi	Massaviy konsentratsiya — erigan modda massasining eritma hajmiga nisbati.
Belgilanishi	$\gamma$ yoki $\rho$ — IUPAC tavsiyasiga ko‘ra. $T$ — analitik kimyoda
O‘lchov birliklari	ulushlar, %_massa (foizlarda ifodalash uchun %_massa berilgan ifodani 100 % ga ko‘paytirish kerak)
Formula	$\rho _{\mathrm {B} }={\frac {m_{\mathrm {B} }}{V}}$ , bu yerda: $m_{\mathrm {B} }$ — erigan moddaning massasi; $V$ — eritmaning umumiy hajmi;

Analitik kimyoda quyidagi tushuncha qo‘llanadi: titr — erigan yoki aniqlanadigan modda bo‘yicha (belgisi — $T$ ).

Zarrachalar konsentratsiyasi


Ta’rifi	Zarrachalar konsentratsiyasi — zarrachalar soni N ning ular joylashgan hajm V ga nisbati
Belgilanishi	$C$ — IUPAC tavsiyasiga ko‘ra. Shuningdek, ko‘pincha $n$ belgisi ham uchraydi (modda miqdori bilan adashtirmaslik kerak).
O‘lchov birliklari	m⁻³ — SItizimida; l⁻¹
Formula	$C_{\mathrm {B} }={\frac {N_{\mathrm {B} }}{V}}={\frac {n_{\mathrm {B} }\cdot N_{\mathrm {A} }}{V}}=c_{\mathrm {B} }\cdot N_{\mathrm {A} }$ , bu yerda: $N_{\mathrm {B} }$ — zarrachalar soni, $V$ — hajm, ${\mathrm {n} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{\mathrm {B} }}}$ — B moddaning miqdori, $N_{\mathrm {A} }$ — Avogadro doimiysi, $c_{\mathrm {B} }$ — B moddaning molyar konsentratsiyasi.

Massa-hajm foizlari

Ba’zan «massa-hajm foizlari» deb ataluvchi ifodadan foydalaniladi. U moddaning massaviy konsentratsiyasiga mos keladi, bunda g/(100 ml) o‘lchov birligi foiz belgisi bilan almashtiriladi. Bu ifodalash usuli, masalan, spektrofotometriyadamoddaning molyar massasi yoki aralashmaning tarkibi noma’lum bo‘lganda, shuningdek an’anaviy ravishda farmakopeya tahlilida qo‘llanadi. Massa va hajm turli o‘lchamlilikka ega bo‘lgani sababli, ularning nisbatini foizlarda ifodalash rasmiy jihatdan noto‘g‘ri hisoblanadi. Shuningdek, Xalqaro o‘lchovlar va tarozilar byurosi hamda IUPAC o‘lchov birliklariga qo‘shimcha belgilar (masalan, massaviy ulushni ko‘rsatish uchun «% (m/m)») qo‘shishni tavsiya etmaydi.

Konsentratsiyani ifodalashning boshqa usullari

Muayyan fan sohalari yoki texnologiyalarda konsentratsiyani ifodalashning boshqa keng tarqalgan usullari ham mavjud. Masalan, laboratoriya amaliyotida kislota eritmalari tayyorlanayotganda ko‘pincha konsentrlangan kislotaning bir hajmiy qismiga suvning necha hajmiy qismi to‘g‘ri kelishi ko‘rsatiladi (masalan, 1:3). Ba’zan massalar nisbati (erigan modda massasining erituvchi massasiga nisbati) va hajmlar nisbati (eriydigan modda hajmining erituvchi hajmiga nisbati) ham qo‘llanadi.

Eritma konsentratsiyasini ifodalash usullarining qo‘llanilishi va xususiyatlari

Molallik, massaviy ulush va mol ulushini hisoblashda hajm qiymatlari qatnashmagani sababli, bunday usullarda ifodalangan konsentratsiya harorat o‘zgarganda ham o‘zgarmaydi. Molyarlik, hajmiy ulush, titr va normallik esa harorat o‘zgarganda o‘zgaradi, chunki bunda eritmalarning zichligi o‘zgaradi. Aynan molallik eritmalarning qaynash haroratining ko‘tarilishi va muzlash haroratining pasayishi formulalarida qo‘llanadi.

Eritmalar konsentratsiyasini ifodalashning turli usullari muayyan konsentratsiyadagi eritmalarni tayyorlash va ulardan foydalanish qulayligiga qarab turli faoliyat sohalarida qo‘llanadi. Masalan, eritma titridan analitik kimyoda hajmiy tahlil (titrimetrik tahlil) va shu kabilarda foydalanish qulay.

Konsentratsiyaning bir ifodasidan boshqasiga o‘tish formulalari

Tanlangan formulaga qarab, konvertatsiya xatoligi noldan boshlab verguldan keyingi ma’lum bir razryadgacha bo‘lishi mumkin.

Molyarlikdan normallikka o‘tish

${c((1/z)~\mathrm {B} )}={c_{\mathrm {B} }}\cdot {z}$ ,

bu yerda:

${c_{\mathrm {B} }}$ — molyar konsentratsiya, mol/l;
$z$ — ekvivalentlik soni.

Molyarlikdan titrga o‘tish

${T}={c_{\mathrm {B} }}\cdot {M}$ , bu yerda:

${c_{\mathrm {B} }}$ — molyar konsentratsiya;
$M$ — erigan moddaning molyar massasi.

Agar molyar konsentratsiya mol/l, molyar massa esa g/mol birliklarida ifodalangan bo‘lsa, natijani g/ml da olish uchun ifodani 1000 ml/l ga bo‘lish lozim.

Massaviy ulushdan molyarlikka o‘tish

$c_{\mathrm {B} }={\frac {\rho \cdot \omega _{\mathrm {B} }}{M(\mathrm {B} )}}$ ,

bu yerda:

$c_{\mathrm {B} }$ — B moddaning molyar konsentratsiyasi
$\rho$ — eritmaning zichligi ;
$\omega _{\mathrm {B} }$ — B moddaning massaviy ulushi;
$M(\mathrm {B} )$ — B moddaning molyar massasi.

Agar eritma zichligi g/ml, molyar massa esa g/mol birliklarida ifodalangan bo‘lsa, natijani mol/l da olish uchun ifodani 1000 ml/l ga ko‘paytirish kerak. Agar massaviy ulush foizlarda ifodalangan bo‘lsa, ifodani qo‘shimcha ravishda 100 % ga bo‘lish zarur.

Massaviy ulushdan titrga o‘tish

${T}={\rho }\cdot {\omega }$ ,

bu yerda:

$\rho$ — eritmaning zichligi , g/ml;
$\omega$ — erigan moddaning massaviy ulushi, 1 ning ulushlarida;

Molallikdan molyarlikka o‘tish

${c_{\mathrm {B} }}=m_{\mathrm {B} }{\frac {\mathrm {m} (A)}{V}}$

bu yerda:

$m_{\mathrm {B} }$ — molallik,
$\mathrm {m} (A)$ — erituvchining massasi,
$V$ — eritmaning umumiy hajmi,

Molallikdan mol ulushiga o‘tish

$x_{\mathrm {B} }={\frac {m_{\mathrm {B} }}{m_{\mathrm {B} }+{\frac {1}{M(\mathrm {A} )}}}}$ ,

bu yerda:

$m_{\mathrm {B} }$ — molallik,
$M(\mathrm {A} )$ — erituvchining molyar massasi.

Agar molallik mol/kg, erituvchining molyar massasi esa g/mol birliklarida ifodalangan bo‘lsa, maxrajdagi qo‘shiluvchilarning o‘lchov birliklari bir xil bo‘lishi uchun formuladagi birlik 1000 g/kg ko‘rinishida ifodalanishi kerak.

Umumlashtiruvchi jadval

			ω_B	φ_B	x_B	c_B	C_B	m_B	T_B
Massaviy ulush	g/g	ω_B	$\omega _{\mathrm {B} }={\frac {\mathrm {m} (B)}{\mathrm {m} }}$	$\omega _{\mathrm {B} }=\phi _{\mathrm {B} }{\frac {\rho (B)}{\rho }}$	$\omega _{B}={\frac {1}{{\frac {M_{\mathrm {A} }}{M_{\mathrm {B} }}}({\frac {1}{x_{\mathrm {B} }}}-1)+1}}$	$\omega _{B}={\frac {M_{B}\cdot c_{\mathrm {B} }}{\rho }}$	$\omega _{B}={\frac {M_{B}\cdot c_{\mathrm {B} }}{\rho \cdot N_{A}}}$	$\omega _{\mathrm {B} }={\frac {m_{\mathrm {B} }}{m_{\mathrm {B} }+{\frac {1}{M_{B}}}}}$	$\omega _{B}={\frac {T_{B}}{\rho }}$
Hajmiy ulush	l/l	φ_B	$\phi _{\mathrm {B} }={\frac {\omega _{B}}{\rho (B)/\rho }}$	$\phi _{\mathrm {B} }={\frac {V_{\mathrm {B} }}{V}}$
Mol ulushi	mol/mol	x_B	$x_{\mathrm {B} }={\frac {1}{{\frac {M_{\mathrm {B} }}{M_{\mathrm {A} }}}({\frac {1}{\omega _{B}}}-1)+1}}$		$x_{\mathrm {B} }={\frac {n_{\mathrm {B} }}{n}}$	$x_{\mathrm {B} }={\frac {c_{\mathrm {B} }\cdot V}{n}}$		$x_{\mathrm {B} }={\frac {m_{\mathrm {B} }}{m_{\mathrm {B} }+{\frac {1}{M_{A}}}}}$
Molyarlik	mol/l	c_B	$c_{\mathrm {B} }={\frac {\rho \cdot \omega _{B}}{M_{B}}}$		$c_{\mathrm {B} }={\frac {x_{\mathrm {B} }\cdot n}{V}}$	${c_{\mathrm {B} }}={\frac {n_{\mathrm {B} }}{V}}$		${c_{\mathrm {B} }}=m_{\mathrm {B} }{\frac {\mathrm {m} (A)}{V}}$
Normallik	mol-ekv/l	c((1/z) B)	$c((1/z)~\mathrm {B} )={\frac {\rho \cdot \omega _{B}}{M_{B}}}\cdot z$			${c((1/z)~\mathrm {B} )}={c_{\mathrm {B} }}\cdot {z}$
Zarrachalar konsentratsiyasi	1/l	C_B	$C_{\mathrm {B} }={\frac {\rho \cdot \omega _{B}}{M_{B}}}\cdot N_{A}$			$C_{\mathrm {B} }=c_{\mathrm {B} }\cdot N_{\mathrm {A} }$	$C_{\mathrm {B} }={\frac {N_{\mathrm {B} }}{V}}$
Molallik	mol/kg_erit.	m_B	$m_{\mathrm {B} }={\frac {\omega _{B}}{M_{B}(1-\omega _{B})}}$					${m_{\mathrm {B} }}={\frac {n_{\mathrm {B} }}{\mathrm {m} (A)}}$
Titr	g/ml	T_B	${T_{B}}={\rho }\cdot {\omega _{B}}$			${T_{B}}={c_{\mathrm {B} }}\cdot {M}$			$T_{\mathrm {B} }={\frac {\mathrm {m} (B)}{V}}$