Overview
ソース: 博士ニール エイブラムスの研究室-環境科学および林業のニューヨーク州立大学
溶液の組成を決定する、重要な分析や科学捜査テクニックです。ソリューションは、水で作られています、水溶液、または含んでいる水であると呼ばれます。ソリューションの主なコンポーネントは、溶媒と呼ばれます、溶存微量成分溶質と呼びます。ソリューションを提案する溶剤で溶質を溶解します。水は、ほぼすべての生物学的システムと同様、日常生活の中で最も一般的な溶剤です。化学実験室に溶媒別液、アセトン、エーテル、アルコールなどがあります。溶質は液体または固体で、することができますが、この実験で固体のアドレス決定のみ。
Principles
溶質は溶剤に溶解し、得られた溶液の質量は溶媒と溶質の質量の合計です。これは質量の保全法次します。
これは溶質の分子は溶媒の分子間のオープン スペースに収まるので、notadditive である、ボリュームの追加とは異なります、総量を予想以上に低い保ちます。質量 % を決定する、ソリューションの構成を分析するためのシンプルかつ重要な手法です。定義では、パーセント、全体と比較して 1 つのコンポーネントの小数、単位のない値です。この場合、質量パーセントとして数学的に表現できます。
質量 % は単位を付けませんが、その比較は質量 (重量) だけとない容積を伝えるためにこの値は時々 単位 (w/w) と表されます。% ボリュームでは、ボリューム (w/v) またはボリューム (v/v) ごとのボリュームあたりの重量として示されます。W/w の計算で分母が溶剤ではなく、ソリューション全体の質量であることに注意してくださいすることが重要です。質量パーセント濃度を決定する使用されますが、モル % は通常 anelement または分子グループのパーセントを計算するため使用されます。溶質と溶媒の全モル数が知られている必要があるために、ソリューションでモル % を計算することは困難です。これらの値が知られていた全体的な計算は無関係になります。
個別に溶媒や溶質の質量を得ることは、困難または不可能にすることができます。これらのケースで知られている組成ソリューションの検量線をプロデュース質量 % を決定する溶液の密度を使用できます。これはまず、知られるように次のよう必要があります: 溶液の濃度の溶質と合理的な範囲の id。ソリューションに 1 つ以上の溶質がある場合より複雑な解析のメソッドが必要です。たとえば、選択的析出またはイオン交換される可能性があります興味の溶質を分析します。シングル溶質ソリューション、十分な材料が一連の濃度既知のソリューションを作成する必要があります。ここで質量法による 2% を示します。
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Procedure
1. 質量 - 直通 %
- クリーンとオーブン乾燥ビーカーまたは結晶皿にソリューションの少量を配置します。
- ソリューションの正確な総質量を正確に判断するには後、ビーカーまたはホット プレート、水をオフ駆動するオーブン皿を加熱します。ゆっくりと蒸発させる最良の方法は、ソリューションの飛散は、沸騰することができます。
- 溶媒が蒸発すると、一度 (溶質) の残りの固体を冷却し、質量を決定します。
- 質量百分率を計算します。
2. 質量の校正曲線を用いた %
- 溶媒に溶質の既知量を溶解することにより標準溶液のシリーズを作る。5 つの規格が推奨され、最大の期待されるパーセント組成範囲最小でなければなりません。
- おおよその値が既知の場合は、0% から水中の溶質の溶解度最大までソリューションのシリーズを生成します。参照テーブルは、さまざまな温度範囲で水で多くのソリッドの最大溶解度を示す。
- たとえば、35% (w/w) 塩化ナトリウム (NaCl) ソリューションを作成する、フラスコに 35 g を追加し、65 g を追加 (または 65 mL ボリュームとしても使えます 1.0 グラム/mL の周囲温度で知られている密度から純粋な水を測定するとき) 水・ ミックス ソリューション固体が溶解するまで。質量ですので添加物、これはなるトータル ソリューションは、100 グラムの質量を持つので、十分な水を追加すると同じ。
- 各標準溶液の正確な量の質量を測定した後として密度を計算します。
3. データ分析
- 標準溶液の質量割合に対して密度の値をプロットし、線の傾きを決定します。この坂は、線形方程式を当てはめて、溶液の質量 % 対密度に対応するy = mx+b と(図 1)。
- ソリューションの特定のボリュームの質量を取得することで未知試料溶液の密度を計算します。今ではラインの傾きは知られている測定密度と検量線からの斜面を利用した"x"に解決の溶質の質量割合を判断します。
決定し、ソリューションの構成を理解、幅広い化学技術の基礎です。ソリューションは、均質の混合物は、液体に溶解した物質から成るです。溶存物質を溶質とバルク液溶媒と呼びます。ソリューションは、いくつかの方法で記述できます、最初、溶質を溶解するために使用する溶剤の種類によって。水溶液は、溶媒として水を利用します。クロロホルム、アセトニ トリル、アセトンなどの有機溶剤は、溶質の性質に応じて、有機のソリューションを作成する使用されます。
ソリューションは、特定のボリューム、溶媒の濃度に溶解した溶質の量によっても記述されます。詳細については、「ソリューションと濃度」にこのコレクションのビデオを参照してください。
溶液濃度を計算することができます 1 つの方法は、質量パーセントと呼ばれる、ソリューションの各コンポーネントの質量に基づいています。このビデオ ソリューションの質量 % を紹介し、実験室の値を確認する方法をデモンストレーションします。
溶媒の溶質の量は、さまざまな方法で表現できます。まず、質量パーセントは、ソリューションの総質量で割った値溶質の質量として計算されます。質量パーセントは、それは時々 重量パーセントと呼ばれるパーセント/重量として書き込まれます。ただし、用語の質量パーセントは一般に正しいとみなされます。
溶液中の溶質の量は生物学で一般的に使用される容積質量 % の面でも表現できます、ソリューションの体積で割った溶質の総質量として計算されます。このユニットは、それは無次元の量ではないと真の % ではありません。同様に、ボリュームの % は、ソリューションの合計ボリュームで溶質の量を分割する位置も、使用されます。
質量パーセントは、唯一質量は添加物としてボリューム % とは異なります。ソリューションの質量は、部品の合計です。ボリューム、その一方で、必ずしも添加物、溶質の分子は、予想よりも少ない量で、その結果、溶媒分子の間のオープン スペースに収まるよう。
いくつかの簡単な方法は、実験室のソリューションの質量の割合を判断する使用できます。まず、ソリューションの総質量を記録し、その後、溶媒を蒸発、直接法が必要です。左の固体後ろ体重し、質量パーセントを計算するために使用し、溶質とは。
密度は、未知濃度の質量の割合を判断する使用できます。最初に、一連の標準的なソリューションは、溶質量の範囲で準備されます。溶質の最大溶解度にない溶質の濃度の基準の範囲を選択します。密度は各標準計算し、サンプルを比較します。質量パーセント計算の基礎を記載されている、後は研究室では、直接法と密度法を用いた計算質量 % を見ています。
まず、オーブン乾燥清潔でのビーカーや結晶化の皿の重さし、質量を記録します。
、皿にソリューションの少量を配置し、ソリューションと皿を正確に計量します。皿の重さを引き、溶液の質量を記録します。
次に、ホット プレート、水をオフ駆動するオーブン皿を配置します。遅い蒸発は理想的なソリューション、および溶質の損失の飛び散るは、沸騰することができます。溶媒が蒸発すると、一度は、溶質を残りの固体をクールします。質量を正確に判断します。溶質の質量を蒸発後初期解の質量で除して質量 % を計算します。
まず、パーセント組成の最小値から予想される未知パーセント組成の最大に至るまで、5 つの基準を準備します。システムの溶解度を超えないようにします。溶質と溶媒のパーセントの組成を準備するために必要量を計算します。
溶質の重量を量るし、溶媒の比重を溶かします。
次に、各標準液の正確な量の質量を測定します。各ソリューションの密度を計算します。不明なソリューションのための同じを行います。詳細については密度にこのコレクションのビデオを参照してください。
質量の割合に対して標準溶液の密度値をプロットします。この例では、一連の塩化ナトリウム標準質量パーセント組成の溶液中の溶質の 5-25% に至る準備されました。データをプロットした後線形トレンド ラインを適用し、方程式は、y は、密度、x は質量パーセント組成を決定します。このケースの 1.053 グラム/mL の未知の溶液の密度を使用して、その質量 % を確認します。X の解決、7.4% であること分られました。
水溶液の質量パーセントを決定する基本を見てきた、今では、溶液の濃度を認識必要がありますいくつかの例を見てみましょうことができます。
緩衝溶液は、生物学的応用を中心に、多くの動物実験において一般的に使用されます。緩衝液を含む特定濃度溶存の弱い酸またはベース、およびその抱合体は、維持し、pH の変化に抵抗することが可能します。多くの場合、バッファーを 7.2 7.6 の範囲で一定の pH を維持するリン酸基を含め、多くの塩の混合物を使用しております。
質量パーセントは、この密度勾配の例と同様の複雑な混合物を分離するためにも使用されます。このため、質量 % の範囲でのソリューションは、準備、低質量 % に高質量 % から順番に重ね。これは、チューブに密度勾配を作成します。サンプルはグラデーションの上にロードし、遠心分離します。混合物のコンポーネントは、どのくらい彼らはチューブ ダウン旅行に基づいて区切られます。
理解質量パーセントはのみ化学アプリケーションも環境の研究に重要ではありません。土壌水分は、生態系に影響を及ぼすことができる環境の条件を識別するために理解することが重要です。土壌水分は、土の内で開催された水の量を示す質量 % です。水分は土を乾燥、湿った土の重量を量るが、オーブンで計り直しと。
ゼウスの水溶液の質量パーセントを決定する入門を見てきただけ。今質量 % の重要性、研究室での使用と水溶液のそれを確認する方法を理解する必要があります。
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Results
図 1に示す例を使用して、一連の塩化ナトリウム標準溶液中の溶質の 25.00%、20.00% 15.00% 10.00% 5.000% の質量パーセント組成と用意されていた。測定密度は 1.090 g/mL、1.070、1.060 1.042 1.025 であった。方程式を当てはめて、線形近似曲線が適用されるこれらのデータをプロットした後y = 3.446 x 10-3x + 1.0048, yは、密度、 xは質量パーセント組成。
次に、未知の割合の組成の溶液の 10.00 g 量は測定、9.497 mL であると判断します。ボリュームで質量を除した密度 1.053 g/mL として計算されます。線形方程式に密度値を挿入する、質量 %、 x:として決定されます。
図 1。塩化ナトリウム水溶液の質量パーセント組成の関数としての密度。
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Applications and Summary
ソーダ、砂糖の割合は、determinedusing 質量パーセント組成の原理を簡単にできます。この実験を行うための手順は、質量と脱ソーダ (気泡なし) の量を測定してソリューションの密度を計算するでしょう。対でいくつかの標準的なショ糖 (砂糖) solutionswould 質量パーセント濃度の検量線を作成する必要があり、その校正はソーダでショ糖の割合を解決する使用できます。1 つの仮定は、ショ糖が true 非無糖ソーダ ソーダの密度の変化に大きく貢献。
海水は水に溶解したいくつかの異なる塩から成る例えば、塩化ナトリウム、MgCl2、および NaBr2。それは校正曲線を用いた質量 % を決定することは困難だろうが、蒸発は問題にシンプルなソリューションを提供します。海水の知られていた大容量を取得し、それを蒸発、溶質溶媒を蒸発後の量によって質量を決定できます。その後、溶質の質量は、海水中の塩 (溶存固形物) の質量パーセントを計算する元のソリューションの総質量で割った値必要があります。
水分子と水和物と呼びますイオン性化合物のさまざまながあります。化合物における水分子の数は、パーセント組成によって決定することができます。たとえば、塩化コバルト (II) は通常青、ピンクになり、それは水和時。5.0 グラム ピンク コバルト (II) 塩化物水和物を加熱ポイントに青に変わり、青色の固体の最終的な質量は 2.73 として記録されます。2.27 g の違いは、水和固体の 5 g は、水の質量に対応しています。元のサンプルは、質量で 45.4% 水だった。モル質量値に変換する、によって 0.02101 モル塩化コバルト (129.93 g/mol) と水 (18 g/mol) の 0.126 ほくろが存在するを計算できます。最小値を割った判定できます 6 モル水のすべての 1 モル塩化コバルトのため存在していること。
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