Sporządzanie roztworów i zawiesin

Słownik niezrozumiałych pojęć tutaj

W badaniach fitopatologicznych często zachodzi potrzeba sporządzania roztworów lub zawiesin z substancji płynnych lub stałych. Fitopatolog zwykle musi również przygotować mieszaninę substancji o wymaganych własnościach, np. dwóch różnych fungicydów lub fungicydu i herbicydu. Niniejszy rozdział przedstawia zasady sporządzania takich roztworów i zawiesin.

Roztworem jest jednorodna mieszanina dwóch lub więcej rodzajów cząstek nie reagujących ze sobą. Zawiesiną jest substancja nie rozpuszczająca się w np. wodzie. Stężeniem roztworu lub zawiesiny jest ilość substancji (wyrażonej w jednostkach masy lub objętości) rozpuszczonej lub rozprowadzonej w określonej liczbie jednostek objętości lub masy roztworu albo rozpuszczalnika.

Sporządzanie roztworów lub zawiesin z substancji stałych

Roztwory procentowe. W roztworach procentowych wyróżnia się trzy rodzaje stężeń:

Ponadto stężenie roztworów lub zawiesin może być wyrażone w promilach (‰) i ppm. Stężenie promilowe oznacza liczbę gramów substancji w 1000 ml roztworu. Stężenie ppm (part per milion) oznacza liczbę gramów substancji w 1000000 ml roztworu.

Przykład 1. Sporządź 400 g 20% w/w roztworu glukozy.

Rozwiązane. W 100 g 20% w/w roztworu znajduje się 20 g glukozy, zatem w 400 g - 80 g glukozy.
Odpowiedź. Należy odważyć 80 g glukozy i rozpuścić ją w 320 g (ml) wody.

Przykład 2. Sporządź 400 ml 20% w/o triforiny, substancji czynnej fungicydu Saprol.
Rozwiązanie. W 100 ml 20% w/o fungicydu Saprol znajduje się 20 g triforiny, zatem w 400 ml - 80 g triforiny.
Odpowiedź: Należy odważyć 80 g fungicydu Saprol, rozprowadzić go w około 300 ml wody i uzupełnić wodą do 400 ml.

Uwaga: przy sporządzaniu roztworów w jednostkach stężeniowych wagowo-objętościowych nie wolno rozpuszczać odważki w ilości wody obliczonej z różnicy miedzy ilością sporządzonego roztworu i odważki. Zawsze po rozpuszczeniu lub zmieszaniu odważki uzupełnia się wykorzystaną objętość wody do objętości żądanej.

Przykład 3. Przygotować 200 ml 25% w/o Na2SO4 z Na2SO4 . 10H2O.
Rozwiązanie. Najpierw należy obliczyć ilość g bezwodnej soli:

100 ml 25% w/o Na2SO4 - 25 g Na2SO4
200 ml 25% w/o Na2SO4 - x g Na2SO4
x = 50 g

Następnie należy przeliczyć obliczoną ilość g bezwodnej soli na sól uwodnioną, przyjmując że masa cząsteczkowa Na2SO4 = 142, zaś

Na2SO4 z Na2SO4 · 10H2O = 322.
142 g Na2SO4 - 322 g Na2SO4 · 10H2O
50 g Na2SO4 - x g Na2SO4 · 10H2O.

Odpowiedź: Należy odważyć 113,4 g Na2SO4 . 10H2O, rozpuścić w wodzie i uzupełnić do 200 ml.

Roztwory normalne. Stężenie normalne określa liczbę gramorównoważników w 1000 ml roztworu. Gramorównoważnik oznacza ilość gramów substancji równoważnej 1 gramoatomowi wodoru w danej reakcji. Oblicza się go dla (1) pierwiastków - dzieląc wartość gramoatomu przez wartościowość, (2) soli - dzieląc wartość mola przez iloczyn liczby kationów i wartościowości kationu, (3) kwasów i zasad - dzieląc wartość mola przez liczbę biorących udział w reakcji wodorów lub grup wodorotlenowych, (4) substancji biorącej udział w reakcji oksydoredukcyjnej - dzieląc wartość mola przez liczbę elektronów oddanych lub przyjętych przez jedną cząsteczkę danego związku. W celu sporządzenia roztworu o określonej normalności, obliczoną ilość gramorównoważników (gR) substancji należy rozpuścić w mniejszej ilości wody niż żądana objętość końcowa i uzupełnić nią w kolbie miarowej do żądanej objętości.

Przykład 1. Sporządź 2 litry 0,2N roztworu NaOH (m. cz. 40).

Rozwiązanie. Gramorównoważnik NaOH jest równy jego gramocząsteczce (molowi) i wynosi 40 g. Aby sporządzić wymagany roztwór, potrzebną ilość g NaOH oblicza się następująco:

Z powyższego obliczenia wynika ogólny wzór na obliczenie potrzebnej ilości g substancji:

x = V (w litrach) · N (normalność) · gR (gramorównoważnik), czyli: 2 . 0,2 . 40 = 16 g.

Odpowiedź. Należy 16 g NaOH rozpuścić w wodzie i uzupełnić nią do 2000 ml [nie wolno obliczać ilości ml wody z różnicy (2000-16) i rozpuszczać 16 g NaOH w 1984 ml wody].

Przykład 2. Ile g siarczanu żelazowego (m. cz. 400) potrzeba do sporządzenia 500 ml 0,4N roztworu?

Rozwiązanie. Gramorównoważnik równa się 1/6 gramocząsteczki (mola) i wynosi 400 g : 6 = 66,66 g (cząsteczka posiada dwa kationy trójwartościowego żelaza). Potrzebną ilość g siarczanu oblicza się następująco:

x = V · N · gR = 0,5 · 0,4 · 66,66 = 11,332 g.

Odpowiedź. Dla sporządzenia 500 ml 0,4N roztworu siarczanu żelazowego należy odważyć 11,33 g substancji.

Roztwory molowe i molarne. Stężenie molowe (M) określa liczbę moli (gramocząsteczek) w 1000 ml roztworu, a stężenie molarne - liczbę moli rozpuszczonych w 1000 g rozpuszczalnika. Mol oznacza ilość gramów substancji równą liczbowo jej masie cząsteczkowej.

Przykład. Sporządź 0,5 molarny roztwór glukozy (m. cz. 180).

Odpowiedź. Należy gramocząsteczkę glukozy (180 g) rozpuścić w 2000 g wody.

Roztwory wzorcowe (standardowe). W badaniach nad wpływem makro- lub mikroelementów na zdrowotność roślin należy określić ilość pierwiastka zawartego w danej objętości roztworu.

Przykład 1. Obliczyć odważkę siarczanu żelazowoamonowego - NH4Fe(SO4)2 · 12H2O (m. cz. 482,2) w celu sporządzenia 1000 ml roztworu zawierającego 100 µg (0,1 mg) Fe w 1 ml. Masa atomowa Fe = 55,85.

Rozwiązanie. Najpierw należy obliczyć ilość żelaza w całości roztworu wzorcowego:

1 ml roztworu - 0,1 mg Fe
1000 ml roztworu - x mg Fe
x = 100 mg Fe.

Następnie należy obliczyć w ilu mg siarczanu żelazowoamonowego znajduje się 100 mg żelaza:

Odpowiedź. Należy odważyć 863 mg siarczanu.

Przykład 2. Oblicz ile należy rozpuścić sacharozy w 100 ml wody aby zawartość węgla w tym roztworze odpowiadała ilości węgla znajdującej się w 100 ml roztworu utworzonego wskutek rozpuszczenia 10 g glukozy.

Rozwiązanie. Gramorównoważniki glukozy (C6H12O6) i sacharozy (C12H22O11) są równe ich gramocząsteczkom, które wynoszą odpowiednio 180 g i 342 g.

Zatem w:

Z kolei w:

Odpowiedź. Aby otrzymać roztwór sacharozy, w którym ilość węgla odpowiada ilości węgla roztworu utworzonego po rozpuszczeniu 10 g glukozy w 100 ml wody, należy rozpuścić 9,5 g sacharozy w 100 ml wody.

Rozcieńczanie roztworów

Rozcieńczanie wodą.

Przykład 1. Otrzymać 6% w/o roztwór z 40% w/o.

Rozwiązanie. Należy wziąć taką ilość ml stężonego roztworu, która jest równa wartości stężenia roztworu żądanego i uzupełnić wodą do ilości ml równych wartości stężenia roztworu rozcieńczonego.

Odpowiedź. Należy 6 ml 40% roztworu uzupełnić wodą do 40 ml, uzyskując w ten sposób 40 ml 6% w/o roztworu.

Przykład 2. Ile ml 30% w/o roztworu NaOH potrzeba do sporządzenia 600 ml 4% w/o roztworu?

Rozwiązanie. Przy rozcieńczaniu wodą roztworów stężonych należy założyć, że iloczyn stężenia roztworu i jego ilości (w gramach, mililitrach lub litrach) jest wielkością stałą, czyli:

stężenie A (%, N, M i inne) · ilość A = stężenie B · ilość B.

Zatem przy roztworach % w/o można uogólnić:

% A · V(ml) A = % B · V(ml) B.

Podstawiając dane z przykładu podanego wyżej otrzymuje się:

Odpowiedź. Należy 80 ml 30% roztworu uzupełnić wodą do 600 ml.

Mieszanie roztworów

Przykład. Ile 20% i 4% (w/o) roztworu NaCl należy zmieszać ze sobą w celu otrzymania 400 ml 10% roztworu?

Rozwiązanie. Należy ułożyć liczby w kwadracie, w którym po lewej stronie pisze się w kolumnie liczby wyrażające stężenia procentowe danych roztworów (20%, 4%), a na przecięciu przekątnych stężenie procentowe, które należy otrzymać. Następnie po przekątnej odejmuje się od większej liczby mniejszą (10-4) i (20-10), a różnicę wpisuje się w przeciwległym kącie kwadratu. Stosunek otrzymanych różnic wskazuje, w jakim stosunku objętościowym (lub wagowym, w przypadku roztworów o stężeniach wagowych) należy zmieszać roztwory.

Z 6 ml 20% NaCl można otrzymać 16 ml 10% NaCl (6+10)

Z x ml 20% NaCl można otrzymać 400 ml 10%

Odpowiedź. Należy zmieszać 150 ml 20% i 250 ml (400-150) 4% roztworu NaCl.

Sporządzanie roztworów z roztworów stężonych kwasów

Roztwory procentowe.

Przykład 1. Sporządzić 200 ml 10% w/o roztworu H2SO4 ze stężonego roztworu o gęstości d=1,84 i stężeniu 96%.

Rozwiązanie. Stężenie stężonych roztworów kwasów jest zawsze wyrażone w procentach wagowych (w/w). Aby sporządzić z nich roztwór procentowy wagowo-objętościowy przez rozcieńczenie wodą należy wcześniej przeliczyć % w/w stężonego roztworu na % w/o przez pomnożenie przez gęstość stężonego kwasu, czyli:

Odpowiedź. 11,3 ml stężonego roztworu H2SO4 należy uzupełnić wodą do 200 ml.

Przykład 2. Rozcieńczyć 100 ml stężonego roztworu HCl (d=1,19, 37%) dla uzyskania 20% w/o roztworu.

Rozwiązanie. Należy przeliczyć % w/w stężonego roztworu na % w/o:

37 . 1,19 = 44% w/o.

Następnie korzysta się z zależności przedstawionej wyżej:

Odpowiedź. 100 ml stężonego roztworu HCl należy uzupełnić wodą do 220 ml.

Roztwory normalne i molowe.

Przykład. Ile ml stężonego roztworu H2SO4 (96%, d=1,84) potrzeba do sporządzenia 2 litrów 2N roztworu?

Rozwiązanie.

Potrzebną ilość gramów czystego H2SO4 (x) wylicza się:

lub x = V (w litrach) . N . gramorównoważnik = 2 . 2 . 49 = 196 g.

Następnie należy obliczyć ilość gramów czystego H2SO4 znajdujących się w 1 ml stężonego roztworu (y):

lub

Z kolei należy obliczyć ilość ml stężonego roztworu H2SO4 (z), w której znajduje się potrzebna ilość g czystego H2SO4 (x):

czyli:

Odpowiedź. Należy odmierzyć 111 ml stężonego roztworu H2SO4.

Obliczanie stężeń

Wzajemne przeliczanie stężeń

1% = 10%l = 1000 mg% = 10000 ppm = 1000000 µg%.

1‰ = 0,1% = 100 mg% = 1000 ppm = 100000 µg%.

1 mg% = 0,001% = 0,01‰ = 10 ppm =1000 µg%.

1 ppm = 0,0001% = 0,001‰ = 0,1 mg% = 100 µg%.

1µg% = 0,000001% = 00001‰ = 0,001 mg% = 0,01 ppm.

Przeliczanie stężenia procentowego na molowe

Przykład 1. Jaka jest normalność i molowość 96% w/w roztworu H2SO4 o d = 1,84 (m. cz. H2SO4 = 98)?

Rozwiązanie. Najpierw należy obliczyć ilość H2SO4 w 1000 ml roztworu, czyli w 1840 g (1 ml = 1,84 g):

100 g 96% w/w H2SO4 - 96 g H2SO4
1840 g 96% H2SO4 - x g H2SO4
x = 1766 g.

Następnie należy przeliczyć ilosć g H2SO4 w 1000 ml roztworu na gramorównoważniki lub mole, dzieląc obliczoną ilość g przez wartość gramorównoważnika lub mola, czyli:

1766 g l-1 : 49 g = 36 gramorównoważników · l-1 roztworu = 36N,
a 1766 g l-1 : 98 g = 18 moli · l-1 roztworu = 18M.

Przykład 2. Jaka jest normalność i molowość 20% w/o roztworu NaOH (m. cz. NaOH = 40)?

Rozwiązanie. Najpierw należy obliczyć ilość g NaOH w 1000 ml roztworu przez pomnożenie wartości % w/o przez 10 (20% w/o roztwór zawiera 20 g w 100 ml roztworu):

20 · 10 = 200 g l-1 roztworu.

Następnie należy przeliczyć ilość g na gramorównoważniki lub mole:

200 g l-1 : 40 g = 5 gR (moli) l-1,

czyli roztwór jest 5N = 5M (gR NaOH = mol NaOH).

Przeliczanie stężenia normalnego lub molowego na stężenie procentowe

Przykład. Jakie jest stężenie procentowe w/o 2N roztworu NaCl (m. cz. 58,5)?

Rozwiązanie. Gramorównoważnik NaCl = 58,5 g. Najpierw należy obliczyć ilość NaCl w 1000 ml roztworu, mnożąc normalność przez wartość gramorównoważnika:

2 . 58,5 = 117 g NaCl l-1 roztworu.

Następnie należy obliczyć ilość g NaCl w 100 ml roztworu:

117 g : 10 = 11,7 g/100 ml, czyli 11,7% w/o.

Cel ćwiczenia

Materiał

Aceton, Chwastox extra 300 SL, Dithane M 45 80 WP, 40% formalina, glukoza, NaCl, stężony HCl, Topsin M 70 WP.

Ćwiczenie