Koncentrationer är ett avgörande begrepp inom kemi, och när du kombinerar lösningar med olika koncentrationer måste du veta hur man beräknar den slutliga koncentrationen. Även om du kan använda en beräkning av utspädningsförhållandet eller något liknande (se Resurser) för att ta reda på det, är det mycket bättre att lära sig matematiken, så att du kan göra det själv med miniräknaren på din mobiltelefon utan behov av specialbyggd verktyg.
När du väl har plockat upp de nyckelbegrepp som ligger till grund för koncentrationer och lärt dig ett par enkla formler kan du hantera alla beräkningar du sannolikt behöver i labbet.
Förstå lösningar
En lösning är en homogen blandning av två ämnen, lösningsmedlet (t.ex. vatten) och det lösta ämnet (det du löser upp i vattnet), med "homogen" som bara säger att de två är ordentligt blandade.
Lösningen i sig är kombinationen av dessa två komponenter, så volymen på en lösning säger dig total när de två har kombinerats. Du behöver två bitar av information för att fullständigt kvantifiera koncentrationen av en lösning: mängden lösningsmedel och mängden löst ämne (eller den totala mängden av lösningen).
Det mest allmänna sättet att beskriva koncentrationen av lösningar (dvs. hur "starka" de är) är genom dividera mängden löst ämne med mängden av den totala lösningen, med båda dessa uttryckta i samma enheter. Om du till exempel tillsätter 30 ml saltsyra till 270 ml vatten har du en (30 ml / 300 ml) × 100 = 10 procent lösning av saltsyra i vatten. Som en formel:
I kemi uttrycks emellertid koncentrationen av lösningar ofta som en "molaritet" (en molär koncentration), som definieras som antalet mol upplöst ämne dividerat med antalet liter lösning. Detta ger dig ett värde i mol per liter, där en mol av ett ämne motsvarar dess atom- eller molekylvikt i gram.
Beräkning av utspädningar
Om du börjar med en lösning med en given molaritet och sedan späd ut den, kan du använda en enkel formel för att hitta den slutliga koncentrationen eller den volym du behöver späda ut den för att uppnå ett givet koncentration. Formeln är:
Var M är molariteten, och V är volym på lösningen, med prenumerationerna i och f står för "initial" och "final". Så förutsatt att du vet molaritet och volym du börjar med, och antingen den slutliga molaritet eller volym du vill, kan du lösa för de återstående kvantitet.
Du hittar det värde du vill ha genom att dela vänster sida (produkten av den ursprungliga volymen och molariteten) med det värde du känner till höger. Till exempel, om du har en 0,5 L-lösning av 2 M (dvs en molaritet på 2) och du vill ha en lösning med en molaritet av 0,5 M, vilken slutlig volym behöver du?
Ordna om för att få:
Så:
Du måste späda lösningen till 2 liter. För att använda denna formel för andra enheter (t.ex. gallon) behöver du bara se till att koncentrationen (dvs. molariteten) uttrycks i samma enhet som volymen, så du kan använda detta som en utspädningsräknare i gallon om du uttrycker koncentrationen i mol per gallon.
Slutlig koncentrationsräknare i allmänhet
Om du behöver beräkna den slutliga koncentrationen för en mer komplicerad situation är det enklaste sättet att gå tillbaka till den grundläggande definitionen av koncentration.
Om du till exempel blandar två lösningar med olika koncentrationer behöver du den slutliga mängden löst ämne och den slutliga mängden av hela lösningen för att hitta den slutliga koncentrationen. Du kan ta reda på detta om du räknar ut mängden löst i båda originalblandningarna, lägg till dem och dela sedan med den totala mängden lösning. Du kan sedan multiplicera med 100 om du vill ha det i procent.
Anta till exempel att du har en 2-procentig lösning (i vikt) salt i vatten, med totalt 100 g lösning och en 10-procentig lösning av salt i vatten med totalt 150 g lösning.
Den första lösningen innehåller 0,02 × 100 g = 2 g salt och den andra lösningen innehåller 0,10 × 150 g = 15 g salt. Så totalt har du 2 g + 15 g = 17 g salt och 100 g + 150 g = 250 g lösning. Detta ger en slutlig lösning på 17 g / 250 g = 0,068 eller 6,8 procent.