О.С.ГАБРІЄЛЯН,
І.Г.ОСТРОУМОВ,
А.К.АХЛЕБІНІН

СТАРТ У ХІМІЮ

7 клас

Продовження. Початок див. у № 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7/2006

Глава 2. Математика з хімії

(закінчення)

§ 13. Об'ємна частка газів у суміші

До складу повітря входить кілька різних газів: кисень, азот, вуглекислий газ, шляхетні гази, водяні пари та деякі інші речовини. Зміст кожного з цих газів у чистому повітрі чітко визначено.

Щоб висловити склад суміші газів у цифрах, тобто. кількісно, ​​використовують особливу величину, яку називають об'ємною часткою газів суміші.

Об'ємну частку газу в суміші позначають грецькою літерою - "Фі".

Об'ємною часткою газу в суміші називають відношення обсягу даного газу до загального обсягу суміші:

Що ж показує об'ємна частка газу в суміші або, як то кажуть, який фізичний зміст цієї величини? Об'ємна частка газу показує, яку частину загального обсягу суміші займає цей газ.

Якби нам вдалося розділити 100 л повітря на окремі газоподібні компоненти, ми отримали б близько 78 л азоту, 21 л кисню, 30 мл вуглекислого газу, в обсязі, що залишився, містилися б так звані благородні гази (головним чином аргон) і деякі інші (мал. 62).

Мал. 62. Склад атмосферного повітря

Розрахуємо об'ємні частки цих газів у повітрі:

Неважко помітити, що сума об'ємних часток усіх газів у суміші завжди дорівнює 1, або 100%:

(Азоту) + (Кис.) + (Кут. газу) + (Дер. газів) = 78% + 21% + 0,03% + 0,97% = 100%.

Те повітря, яке ми видихаємо, набагато бідніше киснем (його об'ємна частка знижується до 16%), зате вміст Вуглекислий газзбільшується до 4%. Таке повітря для дихання вже непридатне. Ось чому приміщення, де знаходиться багато людей, треба регулярно провітрювати.

У хімії з виробництва частіше доводиться зіштовхуватися зі зворотним завданням: визначати обсяг газу суміші за відомої об'ємної частці.

приклад. Обчисліть об'єм кисню, що міститься у 500 л повітря.

З визначення об'ємної частки газу суміші виразимо обсяг кисню:

V(Кис.) = V(пов.) (кисл.).

Підставимо в рівняння числа та розрахуємо обсяг кисню:

V(Кис.) = 500 (л) 0,21 = 105 л.

До речі, для наближених розрахунків об'ємну частку кисню повітря можна прийняти рівної 0,2, чи 20%.

При розрахунку об'ємних часток газів у суміші можна скористатися невеликою хитрістю. Знаючи, що сума об'ємних часток дорівнює 100%, для «останнього» газу суміші цю величину можна розрахувати інакше.

Завдання. Аналіз атмосфери Венери показав, що у 50 мл венеріанського «повітря» міститься 48,5 мл вуглекислого газу та 1,5 мл азоту.

VРозрахуйте об'ємні частки газів у атмосфері планети.

V(суміші) = 50 мл,

V(Кут. газу) = 48,5 мл,

(Азоту) = 1,5 мл.

Знайти:

(Кут. газу),

Рішення

Розрахуємо об'ємну частку вуглекислого газу суміші. За визначенням:

Обчислимо об'ємну частку азоту в суміші, знаючи, що сума об'ємних часток газів у суміші дорівнює 100%:

(Кут. газу) + (Азоту) = 100%,

(Азоту) = 100% - (Кут. газу) = 100% - 97% = 3%.Відповідь.

(Кут. газу) = 97%, (Азоту) = 3%.

1. За допомогою якої величини вимірюють вміст компонентів у сумішах іншого типу, наприклад, у розчинах? Зрозуміло, що в цьому випадку користуватися об'ємною часткою незручно. На допомогу приходить нова величина, про яку ви дізнаєтесь на наступному уроці.

2. Що таке об'ємна частка компонента газової суміші?

3. Об'ємна частка аргону повітря 0,9%. Який об'єм повітря потрібний для отримання 5 л аргону?

4. При розподілі повітря було отримано 224 л азоту. Які обсяги кисню та вуглекислого газу було отримано при цьому?

5. Об'ємна частка метану у природному газі становить 92%. Який обсяг цієї газової суміші міститиме 4,6 мл метану?

Змішали 6 л кисню та 2 л вуглекислого газу. Знайдіть об'ємну частку кожного газу отриманої суміші.

–§ 14. Масова частка речовини у розчині

–Скільки ложечок цукру ти кладеш у чай?

Удома – дві, у гостях – вісім.

Жарт відомий, але давайте подивимося на неї очима хіміка. Навряд чи вам сподобається такий «чай у гостях». Дуже вже солодкий він буде через непомірний вміст цукру! Вміст розчиненої речовини у розчині хіміки називають концентрацією.

Концентрацію речовини можна висловлювати у різний спосіб. До речі, кількість ложечок на чашку води – спосіб цілком прийнятний, але тільки для кухні. Важко уявити хіміка, що готує розчин таким чином.

Один із найпоширеніших способів вираження концентрації розчину – через масову частку розчиненої речовини.

Чи не так, дуже схоже на об'ємну частку? Так воно і є, адже будь-яка частка, як ви вже знаєте, це ставлення якоїсь частини до цілого. Як і масова частка елемента в складній речовині, масова частка речовини в розчині позначається грецькою літерою (омега) і може приймати значення від 0 до 1 (або від 0 до 100%). Вона показує, яка частина маси розчину посідає розчинене речовина. І ще: масова частка речовини у відсотках чисельно дорівнює масі розчиненої речовини у 100 г розчину. Наприклад, 100 г 3%-го розчину оцту міститься 3 г чистої оцтової кислоти.

Найпростіші розчини складаються із двох компонентів. Один із компонентів розчину – розчинник. Для нас звичніші рідкі розчини, отже, розчинник у них – рідка речовина. Найчастіше – вода.

Інший компонент розчину – розчинена речовина. Їм може бути і газ, і рідка, і тверда речовина.

Маса розчину складається з маси розчинника і маси розчиненої речовини, тобто вірний вираз:

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

Припустимо, масова частка розчиненої речовини дорівнює 0,1 або 10%. Значить, що залишилися 0,9, або 90% - це масова частка розчинника.

Масова частка розчиненої речовини широко використовується не тільки в хімії, але і в медицині, біології, фізиці, а також повсякденному житті. Як ілюстрацію до сказаного розглянемо розв'язання деяких завдань прикладного характеру.

Завдання 1. Перед посадкою насіння томатів дезінфікують (протруюють) 1%-м розчином марганцівки. Яку масу такого розчину можна приготувати із 0,25 г марганцівки?

(марганцівки) = 0,01 г,

m(Марганцівки) = 0,25 г.

(Азоту) = 1,5 мл.

m(Розчину).

(Кут. газу),

Знаючи масу розчиненої речовини та її масову частку в розчині, можна обчислити масу розчину:

Відповідь. m(Розчину) = 25 г.

Завдання 2. У медицині широко застосовують звані фізіологічні розчини, зокрема розчин кухонної солі з масовою часткою солі 0,9%. Розрахуйте маси солі та води, необхідні для приготування 1500 г фізіологічного розчину.

(Солі) = 0,009,

m(Розчину) = 1500 р.

(Азоту) = 1,5 мл.

m(Солі),

m(Води).

(Кут. газу),

Обчислимо масу солі, необхідної для приготування 1500 г фізіологічного розчину:

m(Солі) = m(Розчину) (солі) = 1500 (г) 0,009 = 13,5 г.

Визначимо масу води, необхідної для приготування розчину:

m(води) = m(розчину) – m(Солі) = 1500 - 13,5 = 1486,5 р.

Відповідь. m(Солі) = 13,5 г, m(Води) = 1486,5 р.

Чи відрізняються властивості розчинів від властивостей компонентів, що утворюють ці гомогенні суміші?

За допомогою домашнього експерименту (завдання 9 до цього параграфу) вам буде неважко переконатися в тому, що розчин замерзає за більш низької температури, ніж чистий розчинник. Наприклад, морська водапочинає замерзати при температурі –1,9 °С, тоді як чиста водакристалізується за 0 °С.

Що таке масова частка розчиненої речовини?

2. Порівняйте поняття «об'ємна частка» та «масова частка» компонентів суміші.

3. Масова частка йоду в аптечній настоянці йоду становить 5%. Яку масу йоду та спирту потрібно взяти, щоб приготувати 200 г настоянки?

4. У 150 г води розчинили 25 г кухонної солі.

5. Визначте масову частку солі отриманому розчині.

6. У 200 г столового оцту міститься 6 г оцтової кислоти. Визначте масову частку кислоти у столовому оцті.

7. Знайдіть масу води та лимонної кислоти, необхідну для приготування 50 г 5% розчину.

8. З 240 г 3%-го розчину питної соди випарували 80 г води. Знайдіть масову частку соди в отриманому розчині.

9. До 150 г 20% розчину цукру додали 30 г цукру. Знайдіть масову частку речовини в одержаному розчині.

Змішали два розчини сірчаної кислоти: 80 г 40%-го і 160 г 10%-го. Знайдіть масову частку кислоти в одержаному розчині.
П'ять чайних ложок кухонної солі (з гіркою) розчиніть у 450 г (450 мл) води. Зважаючи на те, що маса солі в кожній ложці приблизно 10 г, розрахуйте масову частку солі в розчині. У дві однакові пластикові пляшки об'ємом 0,5 л налийте отриманий розчин та водопровідну воду.
Помістіть пляшки у морозильну камеру холодильника. Загляньте в холодильник приблизно за годину. Яка рідина почне замерзати раніше? У якій пляшці вміст раніше перетвориться на кригу? Зробіть висновок.

ПРАКТИЧНА РОБОТА №3.

Приготування розчину із заданою масовою часткою

розчиненої речовини

Мета даної роботи полягає у приготуванні розчину із заданою масовою часткою шляхом розчинення розрахованої маси твердої речовини у певному обсязі води.

Розрахуйте масу води, яка потрібна для приготування розчину. Оскільки густина води дорівнює 1 г/мл, розрахована вами маса чисельно дорівнює її об'єму. За допомогою мірного циліндра відміряйте обчислений об'єм води та прилийте його до речовини у склянці. Перемішуючи вміст склянки скляною паличкою, досягайте повного розчинення речовини у воді.

Необхідний розчин готовий.

§ 15. Масова частка домішок

На прикладі замерзання розчину солі ви переконалися, що присутність сторонніх сполук змінює властивості речовини. У деяких сферах техніки використання недостатньо «чистих» матеріалів неприпустимо.

Мікросхему комп'ютера не зробити без особливо чистого кристалу кремнію, в атомній енергетиці висуваються підвищені вимоги до очищення ядерного палива, світловий сигнал «згасне» у скловолоконному кабелі, натрапивши на сторонні вкраплення.

Якщо головна (основна) речовина містить сторонні забруднення - це теж суміш, тільки в цьому випадку всі непотрібні, а часом і її шкідливі компоненти називають одним словом - домішки. Чим менше домішок, тим чистіша речовина.

Іноді речовину, що містить домішки, називають технічним зразком або зразком.

Отже, будь-який такий зразок включає основну речовину та домішки.

Ступінь чистоти речовини прийнято виражати масовою часткою основного компонента або масовою часткою домішок.

Із масовими частками різного типу ви вже знайомі.

Спробуйте тепер сформулювати визначення, що таке масова частка домішок у речовині. Вийшло? Порівняйте.

Масовою часткою домішок називається відношення маси домішок до маси зразка:

mПрипустимо, вам потрібно обчислити масову частку основної речовини у зразку. Тоді можна скористатися формулою: mСлід пам'ятати, що сума масових часток основної речовини і домішок завжди дорівнює 1, або 100%: m(Осн. В-ва) + (Домішок) = 1, або 100%.

Також справедливо твердження, що маса зразка складається з маси основної речовини та маси домішок:

(Зразка) = 1. (Осн. В-ва) +

(Домішок).

mРозберемо кілька завдань із використанням поняття «масова частка домішок».

(Азоту) = 1,5 мл.

mЗавдання

(Кут. газу),

Природна самородна сірка містить 8% домішок. Яка маса чистої сірки міститься у 2 т природного зразка?

m(Домішок) = 0,08, m(Зразка) = 2 т.

(Сірки).

mОбчислимо масу домішок у 2 т самородної сірки: m(Домішок) = m(Домішок) = 2 (т) - 0,16 (т) = 1,84 т.

Відповідь. m(Сірки) = 1,84 т.

Завдання 2. У харчовій галузі промисловості можна використовувати лимонну кислоту, що містить трохи більше 1% сторонніх домішок. У аналітичної лабораторіївстановлено, що 2,345 р продукту міститься 2,312 р кислоти. Чи можна використовувати продукт у харчових цілях?

m(Зразка) = 2,345 г,

m(кислоти) = 2,312 р.

(Осн. В-ва) + (Домішок) = 1, або 100%.

(Кут. газу),

Обчислимо масову частку лимонної кислоти у зразку:

Розрахуємо масову частку домішок у зразку:

(Домішок) = 1 - (кислоти) = 1 - 0,986 = 0,014, або 1,4%.

(Азоту) = 100% - (Кут. газу) = 100% - 97% = 3%.Даний зразок лимонної кислоти не може бути використаний у харчовій галузі промисловості.

1. Що називається масовою часткою домішок? Що свідчить ця величина?

2. У промисловості використовуються речовини з маркуванням "ч", що означає "чиста речовина".

3. Зміст домішок у яких може становити, наприклад, 0,01%. Знайдіть максимально допустиму масу домішок 120 г зразка сажі з маркуванням «ч».

4. Масова частка домішок у вапняку становить 5%. Розрахуйте масу основної речовини (карбонату кальцію), що міститься в 300 кг природного вапняку.

5. При очищенні мідного купоросу вийшло 150 мг домішок, що становить 2% маси зразка.

Визначте масу технічного мідного купоросу, який очистили.Для виготовлення напівпровідникових батарей використовують надчистий кремній.

Масова частка домішок у ньому має перевищувати 0,000 000 0001%. Чи годиться для цих цілей кремній, 30 кг якого міститься 0,03 мг домішок?

Масова частка

- Відношення маси розчиненої речовини до маси розчину. Масова частка вимірюється у частках одиниці.

m 1 - маса розчиненої речовини, г;

m – загальна маса розчину, г.

Часто для вираження концентрації (наприклад, сірчаної кислоти в електроліті акумуляторних батарей) користуються їх щільністю. Поширені ареометри (денсиметри, густоміри), призначені для визначення концентрації розчинів речовин.

Об'ємна частка

Об'ємна частка- Відношення обсягу розчиненої речовини до обсягу розчину. Об'ємна частка вимірюється у частках одиниці чи у відсотках.

V 1 - обсяг розчиненої речовини, л;

V – загальний обсяг розчину, л.

Як було зазначено вище, існують ареометри, призначені визначення концентрації розчинів певних речовин. Такі ареометри проградуйовані над значеннях щільності, а безпосередньо концентрації розчину. Для поширених розчинів етилового спирту, концентрація яких зазвичай виражається в об'ємних відсотках, такі ареометри отримали назву спиртомірів або андрометрів.

Молярність (молярна об'ємна концентрація)

Молярна концентрація - кількість розчиненої речовини (кількість молей) в одиниці об'єму розчину. Молярна концентрація у системі СІ вимірюється в моль/м³, проте практично її набагато частіше виражають в моль/л чи ммоль/л. Також поширене вираження у «молярності». Можливе інше позначення молярної концентрації C M, Яке прийнято позначати М. Так, розчин з концентрацією 0,5 моль/л називають 0,5-молярним. Примітка: одиниця «моль» не схиляється відмінками. Після цифри пишуть «моль», подібно до того, як після цифри пишуть «см», «кг» тощо.

V – загальний обсяг розчину, л.

Нормальна концентрація (мольна концентрація еквівалента)

Нормальна концентрація- кількість еквівалентів цієї речовини в 1 літрі розчину. Нормальну концентрацію виражають у моль-екв/л або г-екв/л (мається на увазі міль еквівалентів). Для запису концентрації таких розчинів використовують скорочення н» або « N». Наприклад, розчин, що містить 0,1 моль-екв/л, називають децинормальним і записують як 0,1 н.

ν - кількість розчиненої речовини, моль;

V – загальний обсяг розчину, л;

z – число еквівалентності.

Нормальна концентрація може відрізнятися залежно від реакції, у якій бере участь речовина. Наприклад, одномолярний розчин H 2 SO 4 буде однонормальним, якщо він призначається для реакції з лугом з утворенням гідросульфату KHSO 4 і двонормальним реакції з утворенням K 2 SO 4 .

Молярний обсяг газу дорівнює відношенню обсягу газу кількості речовини цього газу, тобто.

V m = V(X)/n(X),

де V m - молярний об'єм газу - постійна величинадля будь-якого газу за даних умов;

V(X) – обсяг газу Х;

n(X) – кількість речовини газу Х.

Молярний обсяг газів за нормальних умов (нормальному тиску р н = 101 325 Па ≈ 101,3 кПа та температурі Т н =273,15 К ≈ 273 К) становить V m = 22,4 л/моль.

Закони ідеальних газів

У розрахунках, пов'язаних із газами, часто доводиться переходити від цих умов до нормальних чи навпаки. При цьому зручно користуватися формулою, що випливає з об'єднаного газового закону Бойля-Маріотта і Гей-Люссака:

pV / Т = p н V н / Т н

Де p-тиск; V – обсяг; Т-температура в шкалі Кельвіна; індекс "н" вказує на нормальні умови.

Об'ємна частка

Склад газових сумішей часто виражають з допомогою об'ємної частки - відношення обсягу даного компонента загальному обсягу системи, тобто.

φ(Х) = V(X) / V

де ? (Х) - об'ємна частка компонента Х;

V(X) – обсяг компонента Х;

V – обсяг системи.

Об'ємна частка - безрозмірна величина, її виражають у частках від одиниці або у відсотках.

Приклад 1. Який об'єм займе при температурі 20°З тиску 250 кПа аміак масою 51 г?

	1. Визначаємо кількість речовини аміаку: n(NH 3) = m(NH 3) / М(NH 3) = 51/17 = 3 моль. 2. Обсяг аміаку за нормальних умов становить: V(NH 3) = V m · n(NH 3) = 22,4 · 3 = 67,2 л. 3. Використовуючи формулу (3), наводимо обсяг аміаку до даних умов (температура Т = (273 + 20) К = 293 К): V(NH 3) = p н V н (NH 3) / pТ н = 101,3 · 293 · 67,2 / 250 · 273 = 29,2 л. Відповідь: V (NH 3) = 29,2 л.

Приклад 2. Визначте об'єм, який займе за нормальних умов газова суміш, що містить водень, масою 1,4 г та азот, масою 5,6 г.

	1. Знаходимо кількості речовини водню та азоту: n(N 2) = m(N 2) / М(N 2) = 5,6 / 28 = 0,2 моль n(H 2) = m(H 2) / М(H 2) = 1,4 / 2 = 0,7 моль 2. Оскільки за нормальних умов ці гази не взаємодіють між собою, то обсяг газової суміші буде дорівнює суміобсягів газів, тобто. V(суміші) = V(N 2) + V(H 2) = V m · n(N 2) + V m · n(H2) = 22,4 · 0,2 + 22,4 · 0,7 = 20,16 л. Відповідь: V(суміші) = 20,16 л.

Закон об'ємних відносин

Як вирішити задачу з використанням Закону об'ємних відносин?

Закон об'ємних відносин: обсяги газів, що у реакції, ставляться друг до друга як невеликі цілі числа, рівні коефіцієнтам у рівнянні реакції.

Коефіцієнти в рівняннях реакцій показують числа об'ємів газоподібних речовин, що реагують і утворилися.

приклад. Обчисліть об'єм повітря, необхідний згоряння 112 л ацетилену.

1. Складаємо рівняння реакції:

2. На підставі закону об'ємних відносин обчислюємо обсяг кисню:

112/2 = Х/5, звідки Х = 112 · 5/2 = 280л

3. Визначаємо об'єм повітря:

V(повітря) = V(O 2) / φ(O 2)

V(пов.) = 280 / 0,2 = 1400 л.

У статті розглядається таке поняття як масова частка. Наводяться засоби її обчислення. Також описано визначення подібних за звучанням, але відмінних за фізичним змістом величин. Це масові частки для елемента та виходу.

Колиска життя - розчин

Вода – джерело життя на нашій прекрасній блакитній планеті. Цей вираз можна зустріти досить часто. Проте мало хто, крім фахівців, замислюється: насправді субстратом для розвитку перших біологічних систем став розчин речовин, а чи не хімічно чиста вода. Напевно, у популярній літературі чи передачі читач зустрічав вираз «первинний бульйон».

Про джерела, що дали поштовх розвитку життя у вигляді складних органічних молекул, досі сперечаються. Деякі навіть припускають не просто природний і дуже вдалий збіг обставин, а космічне втручання. Причому йдеться зовсім не про міфічні прибульці, а про специфічні умови для створення цих молекул, які можуть існувати тільки на поверхні малих космічних тіл, позбавлених атмосфери, - комети та астероїди. Таким чином, було б правильніше говорити, що розчин органічних молекул - колиска всього живого.

Вода як хімічно чиста речовина

Незважаючи на величезні солоні океани та моря, прісні озера та річки, у хімічно чистому вигляді вода зустрічається вкрай рідко, в основному у спеціальних лабораторіях. Нагадаємо, у вітчизняній науковій традиції хімічно чиста речовина - це субстанція, яка містить не більше десяти мінус шостої міри масової частки домішок.

Отримання абсолютно вільної від сторонніх компонентів маси потребує неймовірних витрат і рідко виправдовує себе. Застосовується лише окремих виробництвах, де навіть один сторонній атом може зіпсувати експеримент. Зазначимо, що напівпровідникові елементи, які становлять основу сьогоднішньої мініатюрної техніки (у тому числі смартфони та планшети), до домішок дуже чутливі. У їх створенні потрібні зовсім незабруднені розчинники. Однак у порівнянні з усією рідиною планети це дуже мало. Як же так виходить, що поширена, що пронизує нашу планету, наскрізь вода так рідко зустрічається в чистому вигляді? Пояснимо трохи нижче.

Ідеальний розчинник

Відповідь на поставлене у попередньому розділі питання неймовірно проста. Вода має полярні молекули. Це означає, що у кожній дрібні часткицієї рідини позитивний та негативний полюси не набагато, але рознесені. При цьому структури, що виникають навіть у рідкій воді, утворюють додаткові (так звані водневі) зв'язки. І загалом це дає наступний результат. Речовина, що потрапляє у воду (не важливо, який заряд вона має) розтягується молекулами рідини. Кожна частка розчиненої домішки обволікається або негативними, або позитивними сторонами молекул води. Таким чином, ця унікальна рідина здатна розчиняти дуже велика кількістьнайрізноманітніших речовин.

Поняття масової частки у розчині

Розчин, що виходить, містить деяку частину домішки, що має назву "масова частка". Хоча такий вираз зустрічається не часто. Зазвичай використовується інший термін – "концентрація". Масова частка визначається конкретним співвідношенням. Формульний вираз наводити не будемо, він досить простий, пояснимо краще фізичний зміст. Це співвідношення двох мас – домішки до розчину. Масова частка – величина безрозмірна. Виражається по-різному залежно від конкретних завдань. Тобто у частках одиниці, якщо у формулі є лише співвідношення мас, та у відсотках – якщо результат множиться на 100%.

Розчинність

Крім Н 2 Про застосовуються інші розчинники. Крім того, є речовини, які не віддають свої молекули воді. Зате легко розчиняються в бензині або гарячій сірчаній кислоті.

Існують спеціальні таблиці, які показують, скільки того чи іншого матеріалу залишиться у рідині. Цей показник називається розчинністю, і залежить від температури. Чим вона вища, тим активніше рухаються атоми або молекули розчинника, і тим більше домішок він здатний поглинути.

Варіанти визначення частки розчиненої речовини у розчині

Так як завдання у хіміків та технологів, а також інженерів та фізиків можуть бути різними, частина розчиненої речовини у воді визначається по-різному. Об'ємна частка обчислюється як обсяг домішки загального обсягу розчину. Використовується інший параметр, проте принцип залишається тим самим.

Об'ємна частка зберігає безрозмірність, виражаючи або у частках одиниці, або у відсотках. Молярність (інше ще називається "молярна об'ємна концентрація") - це число молей розчиненої речовини в заданому об'ємі розчину. У цьому вся визначенні беруть участь два різних параметри однієї системи, і розмірність у цієї величини інша. Вона виявляється у молях на літр. Про всяк випадок нагадаємо, що моль - це кількість речовини, що містить приблизно десять у двадцять третьому ступені молекул або атомів.

Концепція масової частки елемента

Ця величина має лише непряме відношення до розчинів. Масова частка елемента відрізняється від розглянутого вище поняття. Будь-яке складне хімічне з'єднанняскладається із двох або більше елементів. Кожен має свою відносною масою. Цю величину можна знайти в хімічної системиМенделєєва. Там вона вказана у нецілих числах, але для приблизних завдань значення можна округлити. В склад складної речовинивходить певна кількість атомів кожного виду. Наприклад, у воді (Н2О) два атоми водню та один кисню. Співвідношення між відносною масою всієї речовини та даного елемента у відсотках і становитиме масову частку елемента.

Для недосвідченого читача ці два поняття можуть здатися близькими. І досить часто їх плутають між собою. Масова частка виходу відноситься не до розчинів, а до реакцій. Будь-який хімічний процес завжди протікає із отриманням конкретних продуктів. Їх вихід розраховується за формулами в залежності від реагуючих речовин та умов процесу. На відміну від просто масової частки, цю величину не так просто визначити. Теоретичні розрахунки пропонують максимально можливу кількість речовини продукту реакції. Однак практика завжди дає трохи менше значення. Причини такої розбіжності криються у розподілі енергій серед навіть сильно нагрітих молекул.

Таким чином, завжди знайдуться найхолодніші частки, які не зможуть вступити в реакцію і залишаться в початковому стані. Фізичний зміст масової частки виходу у тому, який відсоток становить реально отримане речовина від теоретично розрахованого. Формула неймовірно проста. Маса фактично отриманого товару ділиться на масу фактично розрахованого, весь вираз множиться повністю. Масова частка виходу визначається за кількістю молей речовини, що реагує. Не варто забувати про це. Справа в тому, що одна моль речовини - певна кількість його атомів або молекул. За законом збереження речовини із двадцяти молекул води не може вийти тридцять молекул сірчаної кислоти, тому завдання обчислюються саме так. З кількості молей вихідного компонента виводять масу, яка теоретично можлива результату. Потім, знаючи, скільки продукту реакції насправді було отримано, за описаною вище формулою визначають масову частку виходу.

До складу повітря входить кілька різних газів: кисень, азот, вуглекислий газ, благородні гази, водяні пари та деякі інші речовини. Зміст кожного з цих газів у чистому повітрі чітко визначено.

Для того щоб виразити склад суміші газів у цифрах, тобто кількісно, ​​використовують особливу величину, яку називають об'ємною часткою газів у суміші.

Об'ємну частку газу суміші позначають буквою φ (фі).

Що ж показує об'ємна частка газу в суміші, або, як то кажуть, який фізичний зміст цієї величини? Вона показує, яку частину загального обсягу суміші займає цей газ.

Якби нам вдалося розділити 100 л повітря на окремі газоподібні компоненти, ми отримали б близько 78 л азоту N 2 , 21 л кисню О 2 , 0,03 л вуглекислого газу СО 2 , в обсязі, що залишився, містилися б так звані благородні гази (головним чином аргон Аr) та деякі інші речовини (рис. 77).

Мал. 77. Діаграма атмосферного повітря

Давайте розрахуємо об'ємні частки цих газів у повітрі:

Сума об'ємних часток усіх газів у суміші завжди дорівнює 1, або 100%:

Те повітря, яке ми видихаємо, набагато бідніше киснем (його об'ємна частка знижується до 16%), проте вміст вуглекислого газу зростає до 4%. Таке повітря для дихання вже непридатне. Ось чому приміщення, де знаходиться багато людей, треба регулярно провітрювати.

У хімії, у виробництві найчастіше доводиться стикатися зі зворотним завданням: визначати обсяг газу в суміші за відомою об'ємною часткою. Обчислимо, наприклад, який обсяг кисню міститься 500 л повітря.

З визначення об'ємної частки газу суміші

виразимо обсяг кисню:

Підставимо в рівняння числа та розрахуємо обсяг кисню:

До речі, для наближених розрахунків об'ємну частку кисню повітря можна прийняти рівної 0,2, чи 20%.

При розрахунку об'ємних часток газів у суміші можна скористатися однією маленькою хитрістю. Знаючи, що сума об'ємних часток дорівнює 100%, для «останнього» газу суміші цю величину можна розрахувати відніманням зі 100% відомих величин.

Завдання 5.Аналіз атмосфери Венери показав, що в 50 мл ве-неріанської атмосфери міститься 48,5 мл вуглекислого газу та 1,5 мл азоту. Розрахуйте об'ємні частки газів у атмосфері цієї планети.

2. Обчислимо об'ємну частку азоту в суміші, знаючи, що сума об'ємних часток газів у суміші дорівнює 100%:

За допомогою якої величини вимірюють вміст компонентів у сумішах іншого типу, наприклад, у розчинах? Зрозуміло, що в цьому випадку користуватися об'ємною часткою незручно. На допомогу приходить нова величина, про яку ви дізнаєтесь на наступному уроці.

Запитання та завдання

1. Що таке об'ємна частка компонента газової суміші?
2. Об'ємна частка аргону повітря 0,9%. Який об'єм повітря потрібний для отримання 5 л аргону?
3. При розподілі повітря було отримано 224 л азоту. Які обсяги кисню та вуглекислого газу було отримано при цьому?
4. Об'ємна частка метану у природному газі становить 92%. Який обсяг цієї газової суміші міститиме 4,6 мл метану?
5. Змішали 6 л кисню та 2 л вуглекислого газу. Знайдіть об'ємну частку кожного газу отриманої суміші.