Уусмалын концентрацийг хэрхэн тооцоолох вэ
Уусмалын концентраци нь сургуулийн лаборатори, лабораторийн судалгаа, эм, хоол хүнс, ус цэвэршүүлэх зэрэг үйлдвэрлэлийн хэрэглээнд химийн хамгийн үндсэн бөгөөд чухал сэдвүүдийн нэг юм. Энгийнээр хэлбэл, концентраци нь тодорхой хэмжээний уусгагч эсвэл уусмалд хэр их ууссан бодис байгааг харуулдаг. Концентраци өндөр байх тусам илүү их ууссан бодис агуулагддаг. Концентрацийг илэрхийлэх хэд хэдэн арга байдаг тул томъёо болон тооцооллын алхмуудыг ойлгох нь таны тодорхой нөхцөл байдалд тохирох аргыг сонгоход тусална.
1. Үндсэн нэр томьёог ойлгох: Ууссан бодис, уусгагч ба уусмал
Тооцооллыг эхлүүлэхийн өмнө дараах гурван нэр томьёог ялгаж салгаж үзээрэй.
– Ууссан бодис: жишээлбэл, элсэн чихэр, давс, эсвэл HCl зэрэг ууссан бодис.
– Уусгагч: ихэнх тохиолдолд ихэвчлэн ус (H₂O)-д уусдаг бодис.
– Уусмал: ууссан бодис ба уусгагчийн нэгэн төрлийн холимог.
Концентрацийг тооцоолохдоо ихэвчлэн ууссан бодисын хэмжээг (масс, моль эсвэл эзэлхүүн) уусмалын эзэлхүүн эсвэл уусмалын масстай харьцуулсан харьцааг ашигладаг.
2. Төвлөрлийн нийтлэг төрлүүд
Төвлөрлийг илэрхийлэх хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг нэгжүүд эсвэл аргуудын заримыг энд оруулав.
1. Моляр чанар (M)
2. Молалити (м)
3. Массын хувь (% жин/жин)
4. Эзлэхүүний хувь (% v/v)
5. Масс-эзлэхүүний хувь (% w/v)
6. Сая тутамд ногдох эд анги (ppm) болон тэрбум тутамд ногдох эд анги (ppb)
7. Хэвийн байдал (N) (титрлэлт гэх мэт зарим сэдвүүдэд ашиглагдсаар байна)
Тус бүр өөрийн гэсэн хэрэглээний нөхцөлтэй тул та томъёо, ямар өгөгдөл шаардлагатай, хэрхэн хөрвүүлэхийг мэдэх хэрэгтэй.
-
3. Моляр чанарыг тооцоолох (M)
Моляр чанар нь уусмалын нэг литрт ногдох уусмалын молийн тоог илэрхийлнэ.
Томъёо:
\[
M = \frac{n}{V}
\]
Мэдээлэл:
– \( M \) = молийн агууламж (моль/л)
– \( n \) = ууссан бодисын молийн тоо (моль)
– \( V \) = уусмалын эзэлхүүн (L)
Молярийг тооцоолох алхамууд
1. Ууссан бодисын молийн хэмжээг тооцоолно уу:
\[
n = \frac{m}{M_r}
\]
– \( м \) = бодисын масс (грамм)
– \( M_r \) = молийн масс (г/моль)
2. Хэрэв уусмалын эзэлхүүн нь мл хэвээр байвал литр болгон хувиргана уу:
\[
1000 \text{ mL} = 1 \text{ L}
\]
3. Молярын томъёонд оруулна уу.
Жишээ:
5,85 г NaCl (Mr = 58,5 г/моль)-г 500 мл уусмалын эзэлхүүн хүртэл уусгана. Моляр чанарыг тооцоолно уу.
– Мол NaCl:
\[
n = \frac{5,85}{58,5} = 0,1 \text{ моль}
\]
– Уусмалын хэмжээ:
\[
500 \text{ mL} = 0,5 \text{ L}
\]
– Моляр чанар:
\[
M = \frac{0,1}{0,5} = 0,2 \text{ M}
\]
-
4. Молаль чанарыг тооцоолох (m)
Мол чанар нь уусгагчийн нэг килограмм тутамд хэдэн молийн уусмал байгааг харуулдаг. Энэ нь температураас хамааралгүй (масс нь эзэлхүүн шиг өөрчлөгддөггүй) тул коллигатив шинж чанарыг (буцалгах цэг, хөлдөх цэг, осмотик даралт) судлахад ихэвчлэн ашиглагддаг.
Томъёо:
\[
m = \frac{n}{масс\ уусгагч\ (кг)}
\]
Жишээ:
10 г мочевин (Mr = 60 г/моль) 200 г усанд ууссан. Моляр чанарыг тооцоол.
– Молекул мочевин:
\[
n = \frac{10}{60} = 0,1667 \text{ моль}
\]
– Уусгагчийн масс:
\[
200 \text{ g} = 0,2 \text{ kg}
\]
– Молити:
\[
m = \frac{0,1667}{0,2} = 0,8335 \text{m}
\]
-
5. Массын хувийг тооцоолох (% w/w)
Массын хувийг масс дээр суурилсан найрлага илүү хамааралтай үед, жишээлбэл, хатуу холимог эсвэл баяжуулсан уусмалд ашигладаг.
Томъёо:
\[
\% (w/w) = \frac{ууссан бодисын масс\}{уусмалын масс\} \100\%
\]
Жишээ:
10 г давс, 90 г уснаас уусмал бэлтгэсэн. Давсны массын хувь хэд вэ?
– Уусмалын масс = 10 г + 90 г = 100 г
– Массын хувь:
\[
\% = \frac{10}{100} \урт 100\% = 10\%
\]
-
6. Эзлэхүүний хувийг тооцоолох (% v/v)
Эзлэхүүний хувийг шингэн-шингэн хольц, жишээлбэл, усан дахь спиртэд өргөн ашигладаг.
Томъёо:
\[
\% (v/v) = \frac{эзэлхүүн\ ууссан бодис\}{эзэлхүүн\ уусмал} \100\%
\]
Жишээ:
Нийт 30 мл этанолыг хольж, дараа нь уусмалын эзэлхүүнийг 100 мл болтол шингэлнэ. % v/v гэж юу вэ?
\[
\% (v/v) = \frac{30}{100} \удаа 100\% = 30\%
\]
Чухал тэмдэглэл: зарим хольцод эзлэхүүнүүд нь үргэлж төгс нэмэлт биш байдаг (эзэлхүүний агшилтын улмаас), гэхдээ үндсэн асуудлын хувьд тэдгээрийг ихэвчлэн нэмэлт гэж үздэг.
-
7. Масс-Эзлэхүүний хувийг тооцоолох (% w/v)
Энэ нэгжийг биологи эсвэл эрүүл мэндийн салбарт уусмалын шошгон дээр маш түгээмэл хэрэглэдэг, жишээлбэл, “NaCl 0,9% w/v” буюу 100 мл уусмал тутамд 0,9 г NaCl гэсэн үг.
Томъёо:
\[
\% (w/v) = \frac{mass\ (g)}{эзэлхүүн\ уусмал\ (мл)} \дахин 100\%
\]
Жишээ:
Хэрэв 2 г глюкозыг 50 мл эзэлхүүнтэй болтол уусгавал:
\[
\% (b/v) = \frac{2}{50} \урт 100\% = 4\%
\]
-
8. ppm болон ppb-г тооцоолох
ppm (саяд ногдох хэсэг)-ийг маш бага концентрацид, жишээлбэл, усан дахь бохирдуулагч бодисын агууламжид ашигладаг.
Практикт усан уусмалын хувьд (нягтрал ~1 г/мл):
– 1 ppm ≈ 1 мг/л
– 1 ppb ≈ 1 µg/L
Жишээ ppm:
Хэрэв 2 литр усанд 5 мг X бодис байгаа бол түүний агууламж дараах байдалтай байна.
\[
\text{ppm} = \frac{5\ mg}{2\ L} = 2,5\ mg/L \ойролцоогоор 2,5\ ppm
\]
-
9. Уусмалын шингэрүүлэлт: M1V1 = M2V2 томъёо
Ихэнхдээ та өтгөрүүлсэн уусмалтай байдаг бөгөөд түүнийг шингэлэхийг хүсдэг. Шингэрүүлэлтийн үед ууссан бодисын молийн тоо шингэрүүлэхийн өмнө болон дараа ижил хэвээр байна (урвал гарахгүй л бол).
Шингэрүүлэлтийн томъёо:
\[
M_1V_1 = M_2V_2
\]
Мэдээлэл:
– \( M_1 \) = анхны концентраци
– \( V_1 \) = анхны уусмалаас авсан эзэлхүүн
– \( M_2 \) = эцсийн концентраци
– \( V_2 \) = шингэрүүлсний дараах уусмалын эцсийн эзэлхүүн
Жишээ:
Танд 2 М HCl байгаа бөгөөд 250 мл 0,5 М HCl хийхийг хүсэж байна. 2 М HCl-ийн ямар хэмжээ хэрэгтэй вэ?
\[
V_1 = \frac{M_2 V_2}{M_1} = \frac{0,5 \times 250}{2} = 62,5\ мл
\]
Өөрөөр хэлбэл, 62,5 мл 2 мл уусмал аваад, нийт эзэлхүүн нь 250 мл хүртэл ус нэмнэ.
-
10. Төвлөрлийн тооцоолол буруу биш гэдгийг баталгаажуулах зөвлөмжүүд
1. Нэгжид анхаарлаа хандуулна уу: молийн хэмжээг мл-ээр L болгон, молийн хэмжээг г-ээр кг болгон хөрвүүлэх шаардлагатай.
2. “Уусгагч” ба “уусмал”-ыг ялгаж салга: молийн хэмжээ нь уусмалын эзэлхүүнийг, молийн хэмжээ нь уусгагчийн массыг ашигладаг.
3. Зөв молийн массыг ашиглана уу: химийн томъёо болон атомын тоог шалгана уу.
4. Уусмалын нийт масс/эзэлхүүнийг бүү мартаарай: хувийн хувьд хуваарь нь уусгагч биш харин уусмалын масс/эзэлхүүн юм.
5. Үе шат бүрт алхамууд болон нэгжүүдийг бич: энэ бол алдаанаас урьдчилан сэргийлэх хамгийн үр дүнтэй арга юм.
-
Дүгнэлт
Хэрэв та ашигласан концентрацийн төрлүүд болон боломжтой өгөгдлийг ойлговол уусмалын концентрацийг тооцоолоход хэцүү биш юм. Моляр чанар нь лабораторид урвал болон уусмал дээр суурилсан тооцоололд тохиромжтой, моляр чанар нь коллигатив шинж чанарт тохиромжтой, масс/эзэлхүүний хувийг үйлдвэрийн болон эмнэлгийн практикт ихэвчлэн ашигладаг бол ppm/ppb-г маш бага концентрацид ашигладаг. \(M = n/V \), моляр чанар, хувь, шингэрүүлэлт \(M_1V_1 = M_2V_2 \) зэрэг үндсэн томъёог эзэмшсэнээр та янз бүрийн концентрацийн асуудлыг илүү хурдан бөгөөд нарийвчлалтай шийдэж чадна.
Хэрэв та хүсвэл би хурдан томъёоны хуудас (cheat sheet) хийх эсвэл тайлбартай дасгалын асуултуудыг хийж болно.
