غلظت معمولی یا غلظت جرمی (Mass concentration) نوعی از غلظت می باشد که در علم شیمی برای سنجش غلظت محلول ها کاربرد دارد. غلظت معمولی که با نماد C یا P نشان داده می شود، در حقیقت به شکل جرم ماده حل شونده در حجم محلول تعریف شده است. در این مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک، توضیحات بیشتری در رابطه با غلظت جرمی و نحوه محاسبه آن در شیمی ارائه شده است. لطفا با ما همراه باشید.
فهرست مطالب این مقاله
۱- تعریف و مفهوم غلظت معمولی
۲- محاسبه گرم یا حجم با استفاده از غلظت جرمی
۳- رقیق سازی محلول ها به کمک غلظت معمولی
۴- رابطه غلظت جرمی و چگالی
۵- تبدیل غلظت معمولی به مولاریته
۶- تبدیل غلظت معمولی به نرمالیته
تعریف و مفهوم غلظت معمولی
غلظت معمولی یا غلظت جرمی هر حل شونده برابر با نسبت تعداد گرم های آن حل شونده به حجم محلول می باشد. در واقع از تقسيم کردن جرم جسم حل شونده به حجم محلول (بر حسب لیتر) غلظت معمولی بدست مي آيد. به عنوان نمونه اگر در ۴۰۰ میلی لیتر از محلولی به اندازه ۴ گرم پتاسیم کلرید حل کرده باشید، غلظت معمولی این محلول برابر با ۱۰ گرم در لیتر می باشد. در واقع این کمیت به کمک رابطه زیر محاسبه می شود :
حجم محلول بر حسب لیتر / مقدار ماده حل شونده بر حسب گرم = غلظت معمولی
C = m / V
با توجه به فرمول بالا مشخص می شود که غلظت معمولی در سیستم SI با واحد گرم بر لیتر ( g / L یا g L-۱) گزارش می شود. در حالیکه می توان از واحد های کیلو گرم بر متر مکعب (kg / m۳)، گرم بر دسی متر مکعب (g /dm۳) و میلی گرم بر میلی لیتر (mg /mL) برای گزارش مقدار آن نیز استفاده کرد.
مثلا در ۵۰۰ ميلي ليتر از محلولی ۴ گرم از یک ماده وجود دارد، غلظت آن را محاسبه کنید؟ برای حل این مسئله در ابتدا حجم را به لیتر تبدیل نمایید.
C = m / V = C = 4 g / 0.5 L= 8 g/L
محاسبه گرم یا حجم با استفاده از غلظت جرمی
لازم به ذکر است که با توجه به تعریف غلظت معمولی و معادله مربوطه، می توان گرم هر جزء در محلول و یا حجم محلول را نیز محاسبه کرد. در واقع جرم هر جزء در محلول (بر حسب گرم) برابر با حاصلضرب غلظت جرمی آن جزء در حجم محلول (بر حسب لیتر) می باشد.
حجم محلول بر حسب لیتر × غلظت معمولي = مقدار ماده حل شونده بر حسب گرم
m = C × V
علاوه بر آن، در یک محلول با غلظت جرمی مشخص نسبت به جز i، اگر جرم جزء مورد نظر بر حسب گرم برابر با mi باشد، حجم محلول از رابطه زیر بدست می آید :
غلظت معمولي / مقدار ماده حل شونده بر حسب گرم = حجم محلول بر حسب لیتر
V = mi / Ci
رقیق سازی محلول ها به کمک غلظت معمولی
رقیق کردن (Dilution) یک محلول به فرآیندی می گویند که در طی آن، غلظت محلول مورد نظر با اضافه کردن حلال خالص به آن، کم شود. در این صورت حجم محلول مورد نظر افزايش و غلظت حل شونده آن كاهش می یابد.
در واقع می توان گفت که رقیق سازی از جمله راه های تهیه یک محلول با غلظت مناسب می باشد. زیرا به طور معمول، محلول های تجاری را در غلظت های خاصی به فروش می رسانند که این غلظت ها در بیشتر مواقع غلظت هایی نیستند که بتوان از آن ها برای انجام آزمایشات استفاده نمود.
در این حالت در ابتدا یک محلول غلیظ را به کمک آب مقطر رقیق می کنند، سپس برای محاسبه غلظت نهایی یا رسیدن به غلظت مورد نظر از رابطه رقیق سازی (Dilution Equation) استفاده می نمایند. در واقع غلظت یک محلول رقیق و یا حجم محلول را می توان با کمک معادله زیر محاسبه نمود.
C۱ × V۱ = C۲ × V۲
که در رابطه فوق C۱ و V۱ غلظت و حجم محلول اولیه است، در حالیکه C۲ و V۲ غلظت و حجم محلول نهایی یا ثانویه می باشند. به عنوان مثال ۱۵۰ میلی لیتر محلول HCl با غلظت ۱۰ گرم بر لیتر را در نظر بگیرید. به محلول مورد نظر آب خالص اضافه می کنند تا حجم محلول ۳۵۰ میلی لیتر شود. در این حالت غلظت جرمی جدید محلول HCl را محاسبه نمایید.
C۱ × V۱ = C۲ × V۲ → ۱۰ × ۰.۱۵ = C۲× ۰.۳۵ → C۲ = ۱۵۰۰ / ۳۵۰ = ۴.۲۸ gL-۱
رابطه غلظت جرمی و چگالی
همانطور که می دانید غلظت یک محلول برابر با جرم ماده حل شونده به حجم محلول می باشد، در حالیکه چگالی برابر با جرم ماده تقسیم بر حجم ماده است. لازم به ذکر است که غلظت جرمی برای مواد خالص برابر با دانسیته خواهد بود، بنابراین غلظت جرمی در واقع بر اساس چگالی بیان می شود و برابر با جرم در واحد حجم خواهد بود. به همین جهت می توان از نماد چگالی (P) برای غلظت جرمی نیز استفاده کرد.
Pi = mi / V
توجه داشته باشید که با تغییر غلظت یک محلول، چگالی آن نیز تغییر خواهد کرد. در واقع با افزایش مقدار ماده حل شونده به حلال، نسبت جرم به حجم تغییر می کند که در نتیجه آن چگالی نیز تغییر خواهد کرد.
تبدیل غلظت معمولی به مولاریته
محلول مولار به محلولی گفته می شود که در هر یک لیتر از آن به اندازه یک مول ماده حل شونده حل شده است. برای تبدیل کردن غلظت معمولی به غلظت مولار (CM) و یا برعکسش می توان از رابطه زیر استفاده نمود.
جرم مولی / غلظت معمولي = مولاریته
CM = C / M
در واقع رابطه فوق از تقسيم کردن مقدار گرم ماده حل شده در يك ليتر محلول بر جرم مولی همان ماده حل شده در يك ليتر محلول بدست مي آيد. اثبات رابطه فوق به صورت زیر می باشد.
مثال، فرض کنید ۵۰ گرم سدیم کلرید در ۱۰۰ میلی لیتر آب دارید. اگر حجم محلول را با اضافه کردن آب خالص به ۴۰۰ میلی لیتر برسانید، مولاريته نمك در محلول نهايی چقدر خواهد بود ؟ (Na=23,Cl=35.5)
C۱ × V۱ = C۲ × V۲ → ۵۰ × ۰.۱ = C۲× ۰.۴ → C۲ = ۵ / ۰.۴ = ۱۲.۵ gL-۱
CM = C / M → CM = ۱۲.۵ / ۵۸.۵ = ۰.۲۱ mol L-۱
تبدیل غلظت معمولی به نرمالیته
محلول نرمال به محلولی گفته می شود که در هر یک لیتر از آن به اندازه یک اکی والان گرم یا یک میلی اکی والان گرم ماده حل شونده حل شده است. برای تبدیل کردن غلظت معمولی به غلظت نرمال (N) و یا برعکسش می توان از رابطه زیر استفاده نمود.
اکی والان گرم / غلظت معمولی = غلظت نرمال
N = C / E
توجه داشته باشید که میزان اکی والان (E) مواد مختلف را می توان بر طبق رابطه زیر بدست آورد.
E = M / n
که در آن، M جرم مولکولی و n ظرفیت می باشد. لازم به ذکر است که مقدار n برای اسید ها و باز ها به ترتیب برابر تعداد یون هیدروژن و یون هیدرواکسیدی است که در آب آزاد می کنند. علاوه بر آن، عدد n برای نمک ها برابر با حاصلضرب تعداد فلز در ظرفیت فلز و همچنین در واکنش های اکسایش کاهش برابر با تغییر عدد اکسایش یا کاهش می باشد.
به عنوان مثال، نرمالیته محلول ۲ گرم بر لیتر سدیم هیدرو اکسید را محاسبه کنید ؟ (NaOH = 40 g / mol)
E = M / n → E = 40 / 1 = 40
N = C / E → N = 2 / 40 = 0.05 N
