溶質の量によって、融点、沸点、浸透圧、最大蒸気圧に関する溶媒の物理的挙動が決まるため、溶液中の粒子の数を計算することは重要です。
溶液中の粒子の数を計算する研究は、いわゆる凝集特性(眼圧鏡検査、噴出鏡検査、凍結鏡検査、浸透圧鏡検査) の発見と同時に行われました。
溶液中の粒子の数を計算するには、溶媒に溶解した溶質の性質、つまりイオン性か分子性かを考慮する必要があります。
イオン性溶質は分子溶質では起こらないイオン化または解離という現象を起こすため、溶質の性質を知ることが重要です。したがって、粒子がイオン化または解離すると、溶液中の粒子の数は常に多くなります。
以下に、2 種類の溶質のそれぞれを含む溶液の粒子数を計算する基本的な手順と例を見てみましょう。
分子溶質を含む溶液中の粒子数の計算
分子溶質を含む溶液中の粒子数の計算を実行するには、溶質のモル質量とアボガドロ定数(1 モルあたり 6.02.10 23 個の粒子) という 2 つの基本的な要素が考慮されます。
したがって、分子溶質と溶媒に加えられた質量がわかっている場合は、次の手順を実行することでその溶質の粒子の数を計算できます。
第 1 ステップ:溶質のモル質量を計算します。
これを行うには、元素の質量に物質の式内の原子の数を掛け、それを式に属する他の元素の結果に加算するだけです。
例: C の原子量 = 12 g/mol を考慮した、スクロース (C 12 H 22 O 11 ) のモル質量の計算。 H の原子量 = 1 g/mol; O の質量 = 16 g/mol。
モル質量 = 12.12 + 1.22 + 11.16
モル質量 = 144 + 22 + 176
モル質量 = 342 g/mol
2 番目のステップ:溶液中の溶質粒子の数を決定する 3 つのルールを作成します。
この 3 の法則では、溶液中の粒子の数を計算するために必要で、最初の行にはモル質量とアボガドロ定数があります。 2 行目には、未知数と、溶液を調製するために使用された溶質の質量が示されています。
例:水にショ糖 50 g を加えた溶液中の粒子の数は何ですか?
1段目：342g—————6.02.10 23粒子
2行目：50g————-×
342.x = 50.6,02.10 23
342x = 301.10 23
x = 301.10 23
342
x = 0.88.10 粒子数23 、およそ
または
x = 8.8.10 粒子数22 、およそ
イオン溶質を含む溶液中の粒子数の計算
イオン性溶質粒子の数を計算するには、分子溶液の計算に使用されるのと同じ原理、つまりアボガドロ定数 (6.02.10 23 ) とモル質量に基づく必要があります。
ただし、イオン性溶質は溶解するとイオン化または解離し、イオンを放出または形成することを忘れてはなりません。これにより、溶液中に存在する粒子の量が増加します。この観察は化学者のヴァント ホフによって行われ、彼はこのタイプの溶液中のイオン溶質の粒子の数を補正する係数を作成しました。
2 つの異なる溶質のイオン化と解離の表現
アボガドロ定数によって求められる粒子の数とモル質量を乗算することにより、ヴァント ホフ補正係数(i で表される) により、溶液中に存在する溶質の粒子 (イオン) の実数を得ることができます。
Van’t Hoff 補正係数を決定するために使用される式は次のとおりです。
i = 1 + α.(q-1)
その中で:
α = 溶質のイオン化または解離の度合い (常にパーセンテージで示されます);
q = 物質の式に存在するカチオンとアニオンの数 (たとえば、NaCl の式では、カチオンとアニオンが 1 つずつあるため、q は 2 に等しい)。
例：水に塩化カルシウム90gを加えた溶液中の粒子の数は何個ですか?
第 1 ステップ: Ca の原子量 = 40 g/mol、Cl の質量 = 35.5 g/mol、および溶液の解離度 40 を考慮して、塩化カルシウム (CaCl 2 ) のモル質量を計算します。 %。
モル質量 = 1.40 + 2.35.5
モル質量 = 40 + 71
モル質量 = 111 g/mol
第 2 ステップ: 3 の法則を使用して、溶液中の溶質粒子の数を決定します。
この 3 の法則では、前述したように、1 行目にはモル質量とアボガドロ定数があり、2 行目には未知数と、溶液の調製に使用された溶質の質量が示されています。
1段目：111g—————6.02.10 23粒子
2段目：90g————-×
111.x = 90.6,02.10 23
111x = 541.8.10 23
x = 541.8.10 23
111
x = 4.88.10 粒子数23 、およそ
第 3 ステップ: Van’t Hoff 補正係数の計算。
これを行うには、溶質の解離度 (α) が 40% であり、物質の式には 1 つのカチオン (Ca は 1 つだけ) と 2 つのアニオン (2 つのみ) が存在することを考慮する必要があります。 Cl) の結果、q は 3 になります。したがって、次のようになります。
i = 1 + α.(q-1)
i = 1 + 0.4.(3-1)
i = 1 + 0.4.(2)
i = 1 + 0.8
i = 1.8
第 4 ステップ:溶液中に存在するイオン性溶質粒子の実数 (y) を求めます。
これを行うには、2 番目のステップで得られた粒子の数に、3 番目のステップで見つかった補正係数を単純に乗算する必要があります。
y = 4.88.10 23 .1.8
y = 8,784.10 23個の粒子