Tabla de Contenidos
Η εκατοστιαία συγκέντρωση όγκου , που ονομάζεται επίσης ποσοστό όγκου/όγκου ή %V/V, είναι μια φυσική μονάδα συγκέντρωσης που δείχνει πόσα μέρη κατ’ όγκο διαλυμένης ουσίας υπάρχουν σε 100 μέρη ή μοναδιαίους όγκους διαλύματος. Ανάλογα με τις μονάδες, αυτό μπορεί να ερμηνευτεί με διαφορετικούς τρόπους. Για παράδειγμα, και μεταξύ άλλων:
- Τα χιλιοστόλιτρα διαλυμένης ουσίας που υπάρχουν ανά 100 χιλιοστόλιτρα διαλύματος.
- Τα λίτρα διαλυμένης ουσίας που υπάρχουν ανά 100 λίτρα διαλύματος.
- Τα κυβικά εκατοστά ή cc διαλυμένης ουσίας που βρίσκονται σε 100 cc διαλύματος.
Η εκατοστιαία συγκέντρωση όγκου θεωρείται φυσική μονάδα συγκέντρωσης, καθώς υποδεικνύει την αναλογία διαλυμένης ουσίας προς διάλυμα κατ’ όγκο, η οποία είναι φυσική μονάδα, σε αντίθεση με τα mol ή τον αριθμό των ισοδυνάμων, που είναι χημικές μονάδες. Για το λόγο αυτό, δύο διαλύματα με την ίδια συγκέντρωση σε %V/V δεν θα έχουν απαραίτητα την ίδια ποσότητα ουσίας (που σημαίνει mole διαλυμένης ουσίας) ανά μονάδα διαλύματος, επομένως το %V/V δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υποκατάστατο σε στοιχειομετρικούς υπολογισμούς άμεσο, κάτι που μπορεί να γίνει με τις μονάδες συγκέντρωσης χημικών.
Πότε να χρησιμοποιήσετε τη συγκέντρωση ποσοστού όγκου
Το ποσοστό συγκέντρωσης όγκου είναι μια μονάδα συγκέντρωσης της οποίας η χρήση περιορίζεται σε διαλύματα που περιλαμβάνουν μόνο υγρά, όπως αιθανόλη στο νερό ή οκτάνιο σε κυκλοεξάνιο, για να αναφέρουμε μόνο δύο.
Δεν χρησιμοποιούνται συνήθως για διαλύματα στερεών διαλυμένων ουσιών σε υγρά λόγω της ασάφειας του να μιλάμε για τον «όγκο» μιας στερεής ουσίας που αποτελείται από εκατομμύρια μικρούς κρυστάλλους διαφορετικών μεγεθών. Το γεγονός ότι αυτό το μέγεθος μπορεί να επηρεάσει πολύ το πόσο συμπαγές είναι το στερεό καθιστά τη μέτρηση του όγκου του μη πρακτική.
Από την άλλη πλευρά, όταν χρησιμοποιείται με υγρές διαλυμένες ουσίες και διαλύτες, λόγω του γεγονότος ότι όλες οι ποσότητες που είναι απαραίτητες για τον υπολογισμό τους εκφράζονται σε όγκο, που είναι πολύ εύκολο να μετρηθεί στο εργαστήριο, το ποσοστό V/V είναι ένα από τις πιο εύκολες μονάδες συγκέντρωσης για εργασία σε πρακτικό επίπεδο και χρησιμοποιείται όποτε είναι δυνατόν. Για παράδειγμα, τα περισσότερα εμπορικά υγρά διαλύματα όπως το υπεροξείδιο του υδρογόνου, η αντισηπτική αλκοόλη και τα αλκοολούχα ποτά εκφράζουν τη συγκέντρωσή τους ως ποσοστό V/V.
Τύποι για τον υπολογισμό της συγκέντρωσης ποσοστού όγκου ή του ποσοστού V/V
Ο κύριος τύπος για τον προσδιορισμό του ποσοστού V/V ενός διαλύματος είναι ο ακόλουθος:
Όταν χρησιμοποιείται αυτή η εξίσωση, δεν υπάρχουν περιορισμοί ως προς τις μονάδες στις οποίες πρέπει να εκφράζονται οι όγκοι, εκτός από την προϋπόθεση ότι και οι δύο εκφράζονται στην ίδια μονάδα. Δηλαδή, εάν η διαλυμένη ουσία εκφράζεται σε mL, τότε και ο όγκος του διαλύματος πρέπει να εκφράζεται στις ίδιες μονάδες όγκου.
Υπολογισμός της εκατοστιαίας συγκέντρωσης κατ’ όγκο από τη μάζα της διαλυμένης ουσίας
Μερικές φορές είναι γνωστή η μάζα της διαλυμένης ουσίας και όχι ο όγκος της, παρόλο που είναι υγρή διαλυμένη ουσία. Αν συμβαίνει αυτό, μπορούμε ακόμα να υπολογίσουμε το ποσοστό όγκου/όγκου πολύ απλά, διαιρώντας με την πυκνότητα της διαλυμένης ουσίας, αφού V=m/d. Αφού συνδυαστεί αυτή η έκφραση με την προηγούμενη, προκύπτει ο ακόλουθος τύπος:
Πώς να υπολογίσετε την εκατοστιαία συγκέντρωση όγκου από άλλες μονάδες συγκέντρωσης
Είναι σύνηθες να γνωρίζουμε τη συγκέντρωση ενός διαλύματος σε μια μονάδα, αλλά να τη χρειαζόμαστε σε μια άλλη. Για το λόγο αυτό, σε αυτή την ενότητα παρουσιάζονται ορισμένες συνήθεις περιπτώσεις μετατροπής μονάδων συγκέντρωσης για τη λήψη του ποσοστού V/V.
Ποσοστό συγκέντρωσης όγκου (%V/V) από συγκέντρωση ποσοστού μάζας/όγκου (%m/V)
Ο τύπος για τη μετατροπή %m/V σε %V/V είναι ο εξής:
Αξίζει να σημειωθεί ότι κατά τη χρήση αυτού του τύπου, καθορίζονται ορισμένοι περιορισμοί ως προς τις μονάδες. Το ποσοστό m/V εκφράζεται σχεδόν πάντα σε γραμμάρια διαλυμένης ουσίας ανά 100 mL διαλύματος, επομένως η πυκνότητα σε μονάδες g/mL θα πρέπει να χρησιμοποιείται για να εξασφαλιστεί η συνοχή των μονάδων.
Ποσοστό συγκέντρωσης όγκου (%V/V) από το ποσοστό συγκέντρωσης μάζας (%m/m)
Ο τύπος για τη μετατροπή %m/m σε %V/V είναι ο εξής:
Σε αυτήν την περίπτωση, ο μόνος περιορισμός σχετικά με τις μονάδες είναι ότι και οι δύο πυκνότητες βρίσκονται στις ίδιες μονάδες.
Συγκέντρωση ποσοστού όγκου (%V/V) από μοριακή συγκέντρωση
Αν και δεν είναι μία από τις πιο κοινές μετατροπές συγκέντρωσης, η μοριακότητα ενός διαλύματος μπορεί να μετατραπεί σε ποσοστό όγκου μέσω της ακόλουθης εξίσωσης:
Οι μονάδες της πυκνότητας της διαλυμένης ουσίας πρέπει να είναι g/mL.
Παραδείγματα υπολογισμού συγκέντρωσης ποσοστού όγκου
Παράδειγμα 1
Προσδιορίστε την εκατοστιαία συγκέντρωση όγκου ενός διαλύματος που παρασκευάστηκε με ανάμειξη 100 mL απόλυτης αλκοόλης με 400 mL καθαρού νερού. Εξετάστε τους όγκους των προσθέτων.
ΛΥΣΗ:
Για να υπολογίσετε το ποσοστό όγκου/όγκου, χρειάζεστε μόνο τον όγκο της διαλυμένης ουσίας και τον όγκο του διαλύματος. Ωστόσο, σε αυτή την περίπτωση έχουμε μόνο αυτό της διαλυμένης ουσίας και αυτό του διαλύτη. Εφόσον η δήλωση λέει ότι οι όγκοι θεωρούνται πρόσθετοι, τότε μπορούμε να λάβουμε τον συνολικό όγκο του διαλύματος προσθέτοντας τους όγκους της διαλυμένης ουσίας και του διαλύτη, δηλαδή:
Τώρα που έχουμε όλα όσα χρειαζόμαστε, εφαρμόζουμε την εξίσωση 1:
Επομένως, το διάλυμα θα έχει συγκέντρωση επί τοις εκατό όγκου 20%.
Παράδειγμα 2
Προσδιορίστε την εκατοστιαία συγκέντρωση όγκου ενός διαλύματος που παρασκευάστηκε με ανάμειξη 100 mL 30% κατ’ όγκο υπεροξειδίου του υδρογόνου με 100 mL 10% κατ’ όγκο υπεροξειδίου του υδρογόνου. Εξετάστε τους όγκους των προσθέτων.
ΛΥΣΗ:
Σε αυτή την περίπτωση πρέπει να προσθέσουμε ξανά τους όγκους για να πάρουμε τον συνολικό όγκο του διαλύματος, αλλά μας λείπει ο όγκος της διαλυμένης ουσίας. Εφόσον αναμιγνύονται δύο διαλύματα, η διαλυμένη ουσία στο μείγμα θα είναι το άθροισμα αυτής που υπάρχει σε καθένα από τα αρχικά διαλύματα. Επίσης, εφόσον οι όγκοι αυτών των δύο διαλυμάτων είναι 100 mL το καθένα, τότε ο όγκος της διαλυμένης ουσίας σε κάθε διάλυμα θα είναι αριθμητικά ίσος με το ποσοστό V/V της:
Τέλος, εφαρμόζουμε τον τύπο του ποσοστού όγκου/όγκου και αυτό είναι όλο:
Δηλαδή, η συγκέντρωση του τελικού μείγματος θα είναι 20% κατ’ όγκο υπεροξειδίου του υδρογόνου.
