Vi kemister, vi gillar ju att blanda lösningar med varandra och slabba med dem till höger och vänster. Men man kan inte bara hälla ihop dem hur som helst utan ha någon koll alls. Därför vill man veta lösningarnas halt, alltså koncentration. Men hur anger man halten av något? Ja, det finns flera olika sätt.
Till exempel kan man ange den i procent, som det står på mjölkpaketet, till exempel 3% fett. Men man skulle också kunna ange halten som antal sockerbitar per kopp, om man gillar att ta socker i kaffet. För min egen del är antalet sockerbitar per kopp noll, men du kanske gillar att få ditt koffein med ett litet sött tillskott. Det är i alla fall nästan samma sak som att ange koncentrationen i antal per volym, vilket kanske är det vi kemister gillar allra bäst.
En sak är förmodligen ändå klar för dig. Och det är att om man har många sockerbitar per kopp så får man också en hög sockerkoncentration. Det första och nästan enklaste sättet att ange koncentration på det är på det sättet som kallas masshalt eller ibland masskoncentration. Då gör man helt enkelt så att man dividerar massan av det lösta ämnet med volymen av hela lösningen.
Som ett räkneexempel på det säger vi att vi löser 1,0 gram koksalt i 0,250 kubikdecimeter vatten. Vilken blir koncentrationen då? Då är koncentrationen, alltså masshalten, så enkelt beräknad som att man ställer upp 1,0 gram dividerat med 0,250 kubikdecimeter. Det blir 4,0 gram per kubikdecimeter vilket är detsamma som 4,0 gram per liter. Lägg märke till hur smidigt det blir med enheten här.
Eftersom jag har gram dividerat med kubikdecimeter här så blir enheten på slutet också gram per kubikdecimeter. Man kan också ange koncentrationen som procenthalt. Med det menar man hur stor andel av den totala massan är löst ämne.
Jag förklarar lite mer med hjälp av ett exempel, nästan exakt samma exempel som innan faktiskt. Hur stor blir procenthalten om man löser 1,0 gram koksalt i 0,250 kubikdecimeter vatten? Nu kan det vara rätt så bra att erinra sig.
att 0,250 kubikdecimeter är lika mycket som 250 kubikcentimeter eller 250 milliliter. Och det väger rätt så precis 250 gram. När vi räknar ut masshalten vill vi ta massan av det lösta genom den totala massan på lösningen.
I vårt fall blir det då 1,0 gram delat med 250 plus 1,0 gram. Det slår jag på min minireknare och gör det du också så att du kan kolla att jag inte har räknat fel. Och får det till 0,00398406. Lägg märke till här också att eftersom vi har gram delat med gram här så tar de ut varann och vi kan stryka dem.
Svaret blir alltså enhetslöst vilket är precis som vi vill ha det just nu. Det här ska jag nu avrunda och omvandla till procent. Att omvandla till procent, det är ju bara att multiplicera med 100. Men hur mycket ska det här avrundas till? Jo, det bästa är att avrunda till två gällande siffror, det vill säga 0,40%. Vi har visserligen tre gällande siffror i 0,250 här uppe, men bara två i 1,0 här borta.
Därför väljer vi två gällande siffror i avrundningen. Det vi gjorde här lösnyss, det var att beräkna masshalten i procent, eller vikt. per viktprocenten. Det är det mest korrekta sättet att ange procenthalten på men det finns ett till som är lite av en genväg. Vi skriver så här att i lösningar med låg koncentration är det dock ofta enklare att ange koncentration som massan av det lösta genom volymen.
Det skriver man ofta W per V procent efter engelskans weight per volume istället för weight per weight som vi räknade ut alldeles nyss. Då utnyttjar man det här att en kubikcentimeter av en lösning är lika med en milliliter och det väger ungefär ett gram. Så vi kollar igen. Vad blir procenthalten i vikt per volymsprocent om man löser 1,0 gram koksalt i 250 kubikdecimeter vatten? Då dividerar vi 1,0 gram med 250 milliliter.
Men sen fuskar vi. Vi stryker enheterna helt, vilket man egentligen inte får. Men efter... Eftersom 250 ml motsvarar ungefär 250 gram så kan det vara okej ändå. Det är lite quick and dirty över det, men så länge man är medveten om att man skarvar lite så är det okej.
Om jag räknar ut det så får jag att det blir 0,004 vilket ju är lika med 0,40%. Och det var ju faktiskt precis det jag fick när jag gjorde den korrekta beräkningen med vikt per vikt procenten innan. Därför är den här typen av förenkling okej att göra när det är låga koncentrationer och inte allt för noggranna mätvärden som man använder. Och om man ska vara riktigt noggrann, ja då är det kemisternas favorit molaritet som gäller. Molaritet, det anger hur många mol per liter det finns i en lösning.
Mol, det handlar ju om substansmängd, alltså ett antal. Då kan vi teckna koncentrationen så här, att koncentrationen är lika med substansmängden delat med volymen. Vill man istället översätta det där till snygga storheter, och det vill man ju, Så skriver man istället att C är lika med N genom V. Och C är alltså koncentrationen, medan N är substansmängden och V är volymen. Den enhet som koncentrationen då får det är mol per kubikdecimeter. Helt enkelt eftersom vi har substansmängden i mol, förstås.
Och volymen brukar vi kemister ange i kubikdecimeter. Men ser du vad jag har skrivit här också? Jag har skrivit att N... En mol per kubikdecimeter är lika med en molar. Det är det som enheten m här betyder.
Det här molar, det är hemskt lätt att förväxla med storheten molmassa som ju tecknas med kursivt m. Ändå vill jag att du ska lära dig den. Det är för att enheten molar är så hemskt vanligt förekommande bland kemister ute i vida världen att du måste lära dig vad det är ändå.
Och jag skulle skämmas som kemilärare om jag släppte ut elever som inte visste vad molar var. Så, deal with it! En mol per kubikdecimeter är lika med en molar, och förväxla den inte med molmassa. Lite räkneexempel på det nu då.
Jag har lite dåligt med fantasi, så vi säger att vi återigen löser 1,0 gram koksalt i 0,250 kubikdecimeter vatten. Men nu ska vi beräkna koncentrationen i mol per kubikdecimeter istället. För att göra det... har vi ju det här förträffliga sambandet att C är lika med N genom V. Men jag ska faktiskt ta och syda ut det och skriva ordentligt så här istället, och det gör du med.
Koksalt, det är ju natriumklorid, och för att visa att jag nu tänker räkna ut just koncentrationen natriumklorid så skriver jag C med NaCl lite nedsänkt på det här sättet. Och då ska jag ju ta substansmängden natriumklorid och dividera med volymen. Lägg dock märke till att jag delar inte med volymen natriumklorid, utan med hela den totala volymen på lösningen och därför skriver jag den bara v. Men hur ska jag komma åt substansmängden natriumklorid?
Jo, nu måste jag ju använda mitt andra lilla samband med massa och molmassa. Jag skriver alltså att substansmängden natriumklorid är lika med massa natriumklorid delat med molmassan för natriumklorid. Massa natriumklorid, den var ju 1,0 gram.
Men vad är molmassan för natriumklorid? Fram med periodiska systemet igen och där läser jag molmassan för natrium är 23,0 gram per mol och för klor är den 35,5 gram per mol. Slå dig på din räknemaskin då också och se om du kommer fram till 0,01709402 mol du med.
Så nu har vi substansmängden natriumklyd och volymen var ju 0,250 kubikdecimeter. Bara att plugga in i sambandet och beräkna. Vi skriver att koncentrationen natriumklorid är lika med 0,01709402 mol delat med 0,250 kubikdecimeter. Och det blir 0,06837607 mol per kubikdecimeter. Kolla nu noga på vad som händer med enheterna här också.
Eftersom jag har mol dividerat med kubikdecimeter här så blir enheten på slutet också mol per kubikdecimeter. Om vi nu ska avrunda detta, och det ska vi göra, så är det bäst att avrunda till två gällande siffror. Vi har visserligen tre gällande siffror i 0,250 här, men man ska anpassa sig efter det lägsta antalet gällande siffror, och det är i 1,0 här. Vi avrundar sålunda koncentrationen till 0,068 molar.
Och här nere väljer jag att skriva molar istället för mod per kubikdecimeter, dels för att du ska öva dig på det, och Dels för att det är enklare och kortare. Men det är alltså exakt samma sak som 0,068 mol per kubikdecimeter. Vi tar ett exempel till. I 4,00 kubikdecimeter magnesiumnitratlösning hade man löst 162 gram av saltet magnesiumnitrat MgNO3 taget två gånger. Beräkna lösningens totalkoncentration i molar samt Mg2+, och NO3- koncentrationerna.
Åh, ser du vad taskiga jag är här? Jag kastar in två helt nya begrepp som jag nu vill att du ska lära dig. Totalkoncentration. Och så de här märkliga hak-parenteserna som betyder partikelkoncentration.
Men var lugn, jag ska förklara för dig. Det är ju trots allt mitt jobb. Vi börjar så här och skriver upp vad vi vet. Det är väldigt bra att göra när man stöttar på en så här lång och lite komplicerad uppgift.
Vad är det egentligen jag vet och vad är det jag ska ta reda på? Det vill jag att du alltid gör när du stöttar på såna här textuppgifter. Och gör det för all del i fysiken och matematiken också.
Vi använder nu vårt kemiska språk och skriver att volymen V är lika med 4,00 kubikdecimeter. Det är det som står här uppe. Vi vet också att massan magnesiumnitrat är lika med 162 gram.
Det står också i uppgiften. Nu tar vi och tecknar också det vi ska beräkna. I uppgiften stod att vi skulle beräkna lösningens total koncentration. Det är den vi tecknar C och eftersom det nu är totalkoncentrationen magnesiumnitrat tar vi och skriver MgNO3 taget två gånger, lite nersänkt här också. Den är då lika med substansmängden magnesiumnitrat delat med volymen.
Nu vet vi inte vad substansmängden magnesiumnitrat är än, men vi kan räkna ut den. Substansmängden magnesiumnitrat är nämligen lika med massan magnesiumnitrat genom molmassan magnesiumnitrat. Och lägg förresten märke till här, molnmassa, ja då är det ju med kursivt m.
Nåväl, massan magnesiumnitrat var ju 162 gram och för molnmassan för magnesiumnitraten kikar jag som vanligt i mitt periodiska system. Molnmassan för magnesium är 24,3 gram per mol. Kvävets molnmassa är 14,0 gram per mol och syrets molnmassa är 16,0 gram per mol. Och så har vi ju tre syratomer i varje nitratjon. Och till råga på allt har vi också två nitratjoner i varje enhet magnesiumnitrat.
Så vi multiplicerar det här med två också. Det här kan vara lite knepigt att slå på miniräknaren med alla parenteser och så. Så gör det du med och kolla att du också får till 1,09238031 mol.
Substansmängden sätter vi nu in i sambandet här uppe. och får att totalkoncentrationen magnesiumnitrat blir 1,09238031 mol dividerat med 4,00 kubikdecimeter vilket är lika med 0,27309508 mol per kubikdecimeter. Vi avrundar det här till tre gällande siffror, alltså ungefär lika med 0,273 molar.
Nu har vi beräknat totalkoncentrationen. Men vad är de här partikelkoncentrationerna av magnesiumjoner och nitratjoner som vi hade i uppgiften? Vi ska ta och skriva lite om dem i nästa del av lösningen. De här rakparenteserna är ett annat sätt att skriva koncentration och betyder koncentrationen av just de partiklarna eller jonerna i lösningen. Det är nämligen så här att när magnesiumnitrat löses i vatten så sker det enligt den här reaktionsformen.
Mg NO3 taget två gånger i fast form blir till Mg2+, Aq, plus 2NO3-, Aq. Att jag skriver H2O ovanför reaktionspilen betyder just att jag löser upp saltet i vatten. Allt fast magnesiumnitrat omvandlas till magnesiumjoner och nitrationer.
I reaktionsformeln kan vi se att för varje magnesiumnitrat som löses upp så bildas det en fri magnesiumjon. Mängdförhållandet i reaktionsformen är så att substansmängden magnesiumnitrat förhåller sig till substansmängden magnesiumjoner som 1 till 1. De är alltså lika stora. Därför blir koncentrationen av magnesiumjoner lika stor som totalkoncentrationen magnesiumnitrat, det vill säga 0,273 molar.
För nitratjonerna gäller att för varje enhet fast magnesiumnitrat som löses upp så bildas det två nitrationer. Det är det som vi ser i reaktionsformen här uppe. Det bildas två nitrationer.
Det betyder att mängdförhållandet i reaktionsformeln är sådant att substansmängden magnesiumnitrat förhåller sig till substansmängden nitrationer som 1 till 2. Antalet nitrationer som bildas är alltså dubbelt så stort som det ursprungliga antalet magnesiumnitrateenheter. Därför blir också koncentrationen av nitrationerna dubbelt så stor som koncentrationen magnesiumnitrat, det vill säga 2 gånger 0,273 molar. Vilket är lika med 0,546 molar.