Способы выражения составов газообразных, жидких и твердых веществ и их смесей

Исходными реагентами, а также конечными продуктами могут быть вещества, находящиеся в твердом, жидком и газообразном состояниях. На практике используют различные способы выражения концентраций и составов, а также переход от одних единиц, характеризующих состав, к другим.

Для газообразных веществ масса их смеси определяется по формуле

(12)

где V₁, V₂, …, V_i - объемы газообразных компонентов, л, м³; 22,4 – объем, который занимает 1 моль (кмоль) газа при нормальных условиях (Т = 273 К, Р = 101,3 кПа), л, м³; М₁, М₂, …, М_i - молярные массы газообразных компонентов, г/моль, кг/кмоль.

Средняя молярная масса газовой смеси (при аддитивности ее свойств) равна

М_смеси = (13)

Концентрацию компонентов газовых смесей выражают чаще всего в объемных долях или объемных процентах Объемная доля численно совпадает с молярной долей данного компонента.

Зависимость между давлением P, объемом V и температурой Т (К) вещества в газообразном состоянии определяется уравнением состояния газа (уравнением Менделеева – Клапейрона):

PV = nRT = RT, (14)

где n – химическое количество газа, моль, кмоль; R – универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(моль · К); m – масса газа, г, кг; М – молярная масса газа, г/моль, кг/кмоль.

Если газ объемом V находится при одних условиях (Р, Т) и необходимо определить его объем V₁ или его массу при других условиях (Р₁, Т₁), то используют следующие формулы:

1) для расчета объема

(15)

2) для расчета массы

(16)

где V – объем газа при заданных условиях, м³; V_{н. у} – объем газа, приведенный к нормальным условиям, м³.

Раствор– однородная система переменного состава, содержащая два и большее число компонентов. Компонент, взятый в избытке и в том же агрегатном состоянии, что и сам раствор, принято считать растворителем, а компонент, взятый в недостатке, – растворенным веществом.

В жидком состоянии реагенты и продукты чаще всего находятся в виде растворов. Для растворов необходимо знать их количественный состав, который может выражаться следующими способами:

- массовая доля растворенного вещества А (w_(А));

- молярная концентрация С_(А), моль/л.

- молярная концентрация эквивалента С моль-экв/л;

- молярная доля растворенного вещества N_(А).

Массовая доля растворенного вещества – это величина, равная отношению массы вещества m_А, кг, к массе раствора m_р-ра, кг:

w_(А) = (17)

где m_р-ра = m_А + m_р-ля.

Массовую долю выражают в долях единицы или в процентах (мас. %).

Молярная концентрация равна отношению химического количества растворенного вещества n_(А), моль, к объему раствора V, л:

С_(А) = (18)

Химическое количество вещества выражается соотношением

n_(А) = (19)

где m_(А) – масса вещества А, г, кг; М_(А) – молярная масса вещества А, г/моль, кг/кмоль.

Если известна масса m и плотность r раствора, то его объем V рассчитывается по формуле

V = (20)

Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация) равна отношению химического количества вещества эквивалента n_экв(А), моль, к объему раствора V, л:

С = (21)

Химическое количество вещества эквивалента выражается соотношением

n_экв(А) = (22)

Молярная долярастворенного вещества - это величина, равная отношению химического количества растворенного вещества к общему числу моль всех веществ в растворе:

N_(А) = (23)

Молярная доля выражается в долях единицы или в процентах (моль %).

Расчеты при разбавлении и смешении двух растворов В₁ и В₂ с содержанием растворенных веществ соответственно w₁ и w₂ удобно производить с помощью так называемого правила креста, наглядное представление о котором дает следующая схема [2]:

В₁ w₁ w - w₂

w

В₂ w₂ w₁ - w

В точке w пересечения прямых записывают содержание вещества в смешанном растворе w (мас. %). Содержание веществ в исходных смешиваемых растворах w₁ и w₂ (мас. %) указывают с левой стороны креста, причем w₁ > w₂. Разность w₁ - w соответствует числу массовых частей раствора В₂, необходимого для смешения с w - w₂ частями раствора В₁. При разбавлении раствора водой w₂ = 0.

В химической промышленности широкое распространение получили процессы с использованием твердых веществ. Их состав чаще всего выражается:

1) в массовых долях или массовых процентах

2) в молярных долях (рассчитывается по формуле (23)).