Chemické výpočty I Vladimíra Kvasnicová
1) Vyjadřování koncentrace molarita procentuální koncentrace převod jednotek
2) Osmotický tlak, osmolarita
Základní pojmy koncentrace = množství rozpuštěné látky v daném objemu roztoku či rozpouštědla
látkové množství: n (mol) • množství částic látky (atomů, molekul, iontů) • 1 mol látky obsahuje 6,022 x 1023 částic (= Avogadrova konstanta)
molární hmotnost: MW (g/mol) • hmotnost jednoho molu látky v gramech • číselná hodnota je stejná s Ar příslušného prvku, popř. Mr příslušné látky
relativní atomová hmotnost Ar • bezrozměrné číslo, které udává, kolikrát je hmotnost atomu daného prvku větší než atomová hmotnostní jednotka u (u = 1,66x10-27 kg)
relativní molekulová hmotnost Mr • bezrozměrné číslo, které udává, kolikrát je hmotnost molekuly větší než atomová hmotnostní jednotka u
hustota (ρ) = hmotnost látky vztažená na jednotku objemu (kg.m-3 nebo g.cm-3) ρ = m/V hmotnost
m = n x MW
(v gramech)
ředění = proces přípravy roztoku o nižší koncentraci z roztoku o koncentraci vyšší ! objem se zvyšuje, látkové množství zůstává stejné !
Vyjadřování koncentrace
Molarita (c) (mol x l-1 = mol x dm-3 = M ) = počet molů látky v 1 litru roztoku c = n / V počet molů / 1000 ml roztoku molární hmotnost (MW) = hmotnost jednoho molu látky v gramech
1M NaOH MW = 40g /mol => 1M roztok NaOH = 40g NaOH / 1 litr roztoku 0,1M roztok NaOH = 4g NaOH / 1 litr roztoku
Příprava 500 ml 0,1M NaOH: 0,1M roztok NaOH =
4g NaOH / 1 litr roztoku 2g NaOH / 0.5 litru roztoku
Cvičení 1) 17,4g NaCl / 300ml, MW = 58 g/mol, C = ? [1M] 2) Roztok glycinu, C = 3mM, V = 100ml, Kolik mg glycinu je obsaženo v roztoku? [22,5mg] 3) Roztok CaCl2, C = 0,1M, Jaký objem roztoku obsahuje 4 mmol Cl-? [20ml]
Normalita (N) = počet chemických ekvivalentů látky v 1 litru roztoku (chemický ekvivalent je formální část atomu, molekuly nebo iontu látky, která při chem. ději reaguje s jedním atomem vodíku, popř. jej uvolní nebo nahradí, tj. odvozuje se z reakce)
Běžně se již nepoužívá 1M 1M 1M 1M 1M
HCl H2SO4 H3PO4 CaCl2 CaSO4
= = = = =
1N 2N 3N 2N 2N
HCl H2SO4 H3PO4 CaCl2 CaSO4
Molalita (mol · kg
–1)
= koncentrace vyjádřená v počtu molů látky připadajících na 1 kg rozpouštědla
Osmolalita ( mol · kg
–1
nebo osmol · kg -1) = molalita osmoticky účinných částic (tj. částic podílejících se na osmotickém tlaku roztoku)
• je stejná (u neelektrolytů) nebo vyšší (u elektrolytů, tj. látek disociujících) než molalita téhož roztoku
Osmolarita (osmol / L) = molarita osmoticky účinných částic • je stejná nebo vyšší než molarita téhož roztoku
pohyb vody skrz semipermeabilní membránu se nazývá osmóza
http://www.phschool.com/webcodes10/index.cfm?error=1&errortype=default_global& errortcode=
osmotický tlak
osmolarita = molarita všech částic (molekul, iontů) přítomných v roztoku (= osmoticky aktivní částice) http://www.biologycorner.com/resources/osmosis.jpg
Osmotický tlak ( Pa ) π = i x c x R x T i = 1 (pro neelektrolyty) i = počet osmoticky ůčinných částic (pro silné elektrolyty)
izotonické roztoky = roztoky mající stejnou hodnotu osmotického tlaku (př. krevní plazma x fyziologický roztok )
Onkotický tlak = osmotický tlak koloidních roztoků (např. proteinů)
http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/ce/m3/s3/assets/image s/cem3s3_1.jpg
http://campus.queens.edu/faculty/jannr/cells/cell%20pics/osmosisMicrographs.jpg
difuze
http://www.princeton.edu/~rweiss/bio-programming/DNA6/diffusion.jpg
Cvičení 4) ? osmolarita 0,15 mol / l roztoků: a) NaCl b) MgCl2 c) Na2HPO4 d) glukóza
[0,30 [0,45 [0,45 [0,15
5) Fyziologický roztok je 150mM roztok NaCl. Vyberte roztoky, které jsou s ním [= 150mM = 300 mosmol/l ] izotonické: a) b) c) d)
300mM glukóza 50mM CaCl2 300mM KCl 0,15M NaH2PO4
[300] [150] [600] [300]
M] M] M] M]
Procentuální koncentrace • obecně vyjadřuje počet dílů látky rozpuštěných ve 100 dílech roztoku (per cent) • používají se tři základní vyjádření %: a) hmotnost / hmotnost (W / W) g látky / 100 g roztoku 10% NaOH → 10g NaOH + 90g H2O = 100g roztoku 10% KCl → 10g KCl / 100g roztoku
b) objem / objem (V / V) ml látky / 100 ml roztoku 5% HCl = 5ml HCl / 100ml roztoku c) hmotnost / objem (W / V) g látky / 100 ml (g/dl; mg/dl; µg/dl; g % ) • nejčastěji používané vyjádření procentuální koncentrace v medicíně 20% KOH = 20g KOH / 100 ml roztoku
Cvičení 6) 600g 5% NaCl, ? hmotnost NaCl a hmotnost H2O [30g NaCl + 570g H2O] 7) 250g 8% Na2CO3, ? hmotnost Na2CO3 (čistota: 96%) [20,83g] 8) Fyziologický roztok je 150mM. Jaká je jeho procentuální koncentrace? [ 0,9%]
9) 14g KOH / 100ml
MW = 56,1g;
C = ? [ 2,5M ]
10) C(HNO3) = 5,62M; ρ = 1,18g/cm3 (hustota), MW = 63g/mol, ? % [ 30% ] 11) 10% HCl; ρ = 1,047g/cm3, MW = 36,5 g/mol ? C(HCl) [ 2,87M ]
DŮLEŽITÉ DEFINICE
molární koncentrace (= molarita)
M = mol/1000 mL
1M roztok ⇒ obsahuje 1 mol rozpuštěné látky v 1000 mL (= 1L) roztoku 0,5M roztok ⇒ obsahuje 0,5 mol rozpuštěné látky v 1000 mL (= 1L) roztoku
procentuální koncentrace
% = g/100g
1% roztok ⇒ obsahuje 1 g rozpuštěné látky ve 100 g roztoku 0,5% roztok ⇒ obsahuje 0,5 g rozpuštěné látky ve 100 g roztoku
Cvičení na doma •
Vypočítejte molární koncentraci 30% HNO3, jejíž hustota ρ = 1,18 g/cm3, MW = 63 g/mol. (5,62 M)
•
Vypočítejte procentuální koncentraci 2,87M HCl o ρ = 1,047 g/cm3, MW = 36,5 g/mol. (10%)
•
Vypočítejte molární koncentraci roztoku, který ve 100 mL obsahuje 14 g KOH (MW = 56,1 g/mol). Pro zjednodušení uvažujte, že 1mL roztoku = 1g. (2,5 M)
•
Vypočítejte molaritu 70% HClO4 (ρ = 1,67g/cm3, MW = 100,5 g/mol). (11,63 M)
•
Vypočítejte procentuální koncentraci 11,63 M HClO4 (ρ = 1,67g/cm3, MW = 100,5 g/mol). (70%)
Cvičení na doma •
Máte připravit 2 litry 0,1 M HCl. K dispozici je lahev 35% HCl s těmito údaji: 1 L = 1,18 kg, molární hmotnost HCl = 36,5 g/mol. Kolik mililitrů 35% kyseliny použijete? (17,68 ml)
•
Máte připravit 250 ml 0,1 M amoniaku. K dispozici je lahev 25% amoniaku s těmito údaji: 1 L = 0,91 kg, molární hmotnost amoniaku = 17,0 g/mol. Kolik mililitrů 25% amoniaku použijete? (1,87 ml)
•
Máte připravit 1 litr 1 M kyseliny octové. K dispozici je lahev 99% kyseliny octové s těmito údaji: 1 L = 1,05 kg, molární hmotnost kyseliny octové = 60,0 g/mol. Kolik mililitrů 99% kyseliny použijete? (57,7 ml)
•
Máte připravit 0,5 litru 1 M HClO4. K dispozici je lahev 70% HClO4 s těmito údaji: 1 L = 1,67 kg, molární hmotnost HClO4 = 100,5 g/mol. Kolik mililitrů 70% kyseliny použijete? (42,99 ml)
Do tabulky analytů vyšetřovaných v krvi doplňte hodnoty koncentrací (fyziologické rozmezí) v alternativních jednotkách (převod: molární koncentrace používaná v ČR ↔ hmotnostní koncentrace používaná v zahraniční literatuře) analyt
MW (g/mol)
hmotnostní koncentrace (v mg/dl nebo µg/dl)
molární koncentrace (v mmol/l nebo µmol/l)
glukóza
180
70 - 106 mg/dl
.................... mmol/l
kyselina mléčná
90
.................... mg/dl
0,5 - 2,2 mmol/l
cholesterol
387
do 200 mg/dl
do ................... mmol/l
amoniak
17
.................... µg/dl
16 - 53 µmol/l
bilirubin
585
0,1 - 1,2 mg/dl
.................... µmol/l
kyselina močová
168
................... mg/dl
214 - 488 µmol/l
kreatinin
113
0,84 - 1,25 mg/dl
.................... µmol/l
močovina
60
.................... mg/dl
2,8 - 7,2 mmol/l
Výsledky: analyt
molární hmotnost (g/mol)
hmotnostní koncentrace (v mg/dl nebo µg/dl)
molární koncentrace (v mmol/l nebo µmol/l)
glukóza
180
70 - 106 mg/dl
3,9 - 5,9 mmol/l
kyselina mléčná
90
4,5 - 20 mg/dl
0,5 - 2,2 mmol/l
cholesterol
387
do 200 mg/dl
do 5,2 mmol/l
amoniak
17
27 - 90 µg/dl
16 - 53 µmol/l
bilirubin
585
0,1 - 1,2 mg/dl
2 - 21 µmol/l
kyselina močová
168
3,6 - 8,2 mg/dl
214 - 488 µmol/l
kreatinin
113
0,84 - 1,25 mg/dl
74 - 110 µmol/l
močovina
60
17 - 43 mg/dl
2,8 - 7,2 mmol/l
