9 клас НУШ. З'ясовуємо і застосовуємо способи вираження складу розчинів

Уявімо, що ти готуєш улюблений напій — чай з цукром. Якщо додати одну ложку цукру, чай буде менш солодким, ніж з трьома ложками. При цьому в обох випадках напій складається з тих самих компонентів — води і цукру. Саме це ілюструє важливу властивість розчинів.

Склад розчину — це неподільна єдність розчинника і розчиненої речовини, яка характеризується:

• Якісним складом — набором компонентів (що саме розчинено);

• Кількісним складом — умістом кожного компонента (скільки розчинено).

Якісна характеристика розчинів

За вмістом розчиненої речовини розчини поділяють на:

Розбавлені розчини — містять невелику кількість розчиненої речовини порівняно з розчинником. Приклад: слабкий чай, розчин солі для промивання носа (0,9 %).

Концентровані розчини — містять відносно велику кількість розчиненої речовини. Приклад: сироп (60-70 % цукру), концентрована оцтова кислота (70-80 %).

Морська вода — це природний розчин із масовою часткою солей близько 3,5 %. Мертве море є рекордсменом за концентрацією — до 33,7 % солей!

Масова частка (ω) — це відношення маси розчиненої речовини до маси всього розчину.

Формула:

ω(речовини) = $\frac{m(речовини)}{m(розчину)}$

Масову частку можна виражати:

У частках від одиниці (0,05; 0,2; 0,95)

У відсотках (5 %; 20 %; 95 %)

Співвідношення: ω = 0,05 = $\frac{5}{100}$ = 5 %

m(розчину) = m(речовини) + m(розчинника)

m(речовини) = m(розчину) × ω m(розчинника) = m(розчину) - m(речовини)

На пляшці з оцтом написано «9 % розчин». Це означає:

• У 100 г розчину міститься 9 г оцтової кислоти та 91 г води

• Масова частка ω = 0,09 або 9 %

• Відношення маси кислоти до маси розчину = 9:100

Де використовується масова частка?

Фармацевтика: розчини йоду (5 %), перекису водню (3 %)
Харчова промисловість: оцет (6 %, 9 %), молоко (3,2 % жиру)
Побутова хімія: білизна (5-7 % NaClO), нашатир (10 % NH₃)
Медицина: фізіологічний розчин (0,9 % NaCl), глюкоза (5 %, 10 %, 40 %)
Сільське господарство: розчини для обприскування рослин

Переваги масової частки:

• Простота розрахунків

• Не залежить від температури

• Зручна для виготовлення розчинів зважуванням

Обмеження:

• Не показує, скільки молекул речовини в розчині

• Незручна для хімічних реакцій (потрібно знати кількість молів)

Навіщо потрібна молярна концентрація?

Уявімо ситуацію в шкільній лабораторії: для дослідження потрібно відміряти розчин. Що простіше — зважити рідину на терезах чи відміряти циліндром? Звісно, відміряти об'єм! Саме для таких випадків використовують молярну концентрацію.

До того ж, під час хімічних реакцій важливо знати не масу речовини, а кількість молекул (моль), адже реакції відбуваються між певною кількістю частинок.

Що таке молярна концентрація?

Молярна концентрація (C) — це відношення кількості речовини (у молях) до об'єму розчину (у дм³ або літрах).

Формула:

C = $\frac{n}{V}$, де C — молярна концентрація (моль/дм³)

• n — кількість речовини (моль)

• V — об'єм розчину (дм³ або л)

Позначення молярної концентрації

Молярну концентрацію позначають літерою M з відповідним числовим коефіцієнтом:

• C(NaCl) = 0,5 M — 0,5-молярний розчин (у 1 літрі міститься 0,5 моль NaCl)

• C(H₂SO₄) = 2 M — 2-молярний розчин (у 1 літрі міститься 2 моль H₂SO₄)

• C(NaOH) = 1 M — 1-молярний розчин (у 1 літрі міститься 1 моль NaOH)

n = C × V

V = n / C

Крок 1: Знайти кількість речовини n (моль)

n = $\frac{m}{M}$

Крок 2: Перевести об'єм у дм³ (якщо потрібно)

1 дм³ = 1 л = 1000 см³ = 1000 мл

Крок 3: Обчислити молярну концентрацію

C = $\frac{n}{V}$

У лабораторії виготовили розчин, розчинивши 20 г натрій гідроксиду NaOH в воді до об'єму 250 см³. Обчисли молярну концентрацію цього розчину.

Якщо відома густина розчину (ρ), можна перевести одну величину в іншу!

Від масової частки до молярної концентрації:

C = $\frac{(\omega\times\rho\times1000)}{M}$

де:

• ω — масова частка (у частках одиниці)

• ρ — густина (г/см³)

• M — молярна маса ($\frac{г}{моль}$)

• 1000 — коефіцієнт перекладу см³ у дм³

Із калій сульфату K₂SO₄ масою 87 г виготовили розчин об'ємом 500 см³. Обчисли молярну концентрацію виготовленого розчину. Завантажте виконану задачу до відповідного поля.

Уважно прочитайте текст й дайте відповідь. Прикріпіть відповіді із зошиту до відповідного поля.

Фізіологічний розчин — помічник організму

Фізіологічний розчин (або ізотонічний розчин натрій хлориду) — це водний розчин кухонної солі NaCl з масовою часткою 0,9 % (0,009). Його називають фізіологічним, бо концентрація солі в ньому близька до концентрації солі в крові людини.

Цей розчин широко застосовують у медицині. Його використовують для внутрішньовенних ін'єкцій і крапельниць, коли організм втратив багато рідини (наприклад, при зневодненні, отруєннях, опіках). Також фізрозчин застосовують для розведення ліків, промивання ран, очей та носа.

Чому саме 0,9 % ? Справа в тому, що наша кров містить приблизно таку ж концентрацію солей. Якщо ввести в організм розчин із меншою концентрацією (гіпотонічний), вода буде надходити всередину клітин, і вони можуть роздутись. Якщо концентрація буде більшою (гіпертонічний розчин), навпаки — вода вийде з клітин, і вони зморщаться.

У домашніх умовах фізрозчин можна приготувати самостійно: на 1 літр кип'яченої води потрібно додати 9 г солі (приблизно 1 чайна ложка без гірки). Такий розчин можна використовувати для промивання носа при нежиті.

1. Чому розчин NaCl з масовою часткою 0,9 % називають «фізіологічним».

2. Обчисли, яку масу кухонної солі NaCl потрібно розчинити у воді масою 450 г, щоб отримати фізіологічний розчин.

3. Гіпотонічний розчин спричиняє роздування клітин, а гіпертонічний — їх зморщування. Проаналізуй, чому для медичних цілей важливо використовувати саме ізотонічний (фізіологічний) розчин, а не звичайну воду чи концентрований розчин солі.

4. Оціни доцільність самостійного приготування фізіологічного розчину вдома для промивання носа порівняно з купівлею готового аптечного розчину. Наведи аргументи «за» і «проти» для кожного варіанта.

Уважно прочитайте текст й дайте відповідь. Прикріпіть відповіді із зошиту до відповідного поля.

Кислотність ґрунту та врожайність

Агроном Іван вирощує томати на своїй земельній ділянці. Цього року він помітив, що рослини погано розвиваються, листя жовтіє, а врожай невеликий. Він вирішив дослідити кислотність ґрунту.

Іван узяв зразок ґрунту та додав до нього дистильовану воду в співвідношенні 1 : 5 (10 г ґрунту на 50 см³ води). Після перемішування та фільтрування він отримав ґрунтовий розчин. За допомогою індикаторного паперу він визначив, що pH розчину становить 5,5 , що свідчить про помірно кислий ґрунт.

Для більшості овочевих культур, зокрема томатів, оптимальним є нейтральний або слабколужний ґрунт із pH 6,5-7,5. Щоб зменшити кислотність, агрономи зазвичай вносять у ґрунт кальцій карбонат CaCO₃ (крейду або вапно).

Іван розрахував, що для його ділянки площею 100 м² на глибину 20 см потрібно внести 15 кг кальцій карбонату. Він виготовив водну суспензію: розчинив 3 кг CaCO₃ у 30 літрах води і рівномірно полив ділянку площею 20 м². Процедуру він планує повторити 5 разів для всієї ділянки.

Через місяць після внесення вапна Іван знову перевірив pH ґрунту — тепер він становив 6,8, що є оптимальним для томатів. Рослини почали краще рости, і врожай помітно збільшився.

1. Іван приготував ґрунтовий розчин у співвідношенні 1:5. Обчисли масову частку ґрунту в отриманому розчині (вважай густину води 1 $\frac{г}{см³}$).

2. Обчисли молярну концентрацію кальцій карбонату в суспензії, яку готував Іван (3 кг CaCO₃ у 30 л води). Вважай, що об'єм суспензії дорівнює об'єму води.

3. Чому агроном не вніс одразу всі 15 кг CaCO³ на ділянку, а розділив процедуру на 5 разів по 3 кг?

4. Сусід Івана вирішив теж покращити свій ґрунт, але замість кальцій карбонату використав натрій гідроксид NaOH, аргументуючи це тим, що лугу швидше нейтралізує кислоту. Оцини це рішення. Чи погоджуєшся ти з таким підходом? Обґрунтуй свою думку та запропонуй альтернативне рішення, якщо вважаєш, що використання NaOH є неправильним.