KONSENTRASI KIMIA: EKSPRESI, SATUAN, MOLALITAS - KIMIA - 2024

The konsentrasi bahan kimia adalah ukuran numerik dari jumlah relatif zat terlarut dalam suatu larutan. Pengukuran ini menyatakan rasio zat terlarut dengan jumlah atau volume pelarut atau larutan dalam satuan konsentrasi. Istilah "konsentrasi" berhubungan dengan jumlah zat terlarut yang ada: larutan akan semakin pekat semakin banyak zat terlarut yang dimilikinya.

Satuan-satuan ini dapat berbentuk fisik jika besaran massa dan / atau volume komponen larutan atau bahan kimia diperhitungkan, bila konsentrasi zat terlarut dinyatakan dalam mol atau ekuivalennya, dengan menggunakan bilangan Avogadro sebagai acuan.

Oleh Leiem, dari Wikimedia Commons

Jadi, melalui penggunaan berat molekul atau atom, dan bilangan Avogadro, adalah mungkin untuk mengubah satuan fisik menjadi satuan kimia ketika menyatakan konsentrasi zat terlarut tertentu. Oleh karena itu, semua unit dapat diubah untuk solusi yang sama.

Larutan encer dan pekat

Bagaimana Anda bisa tahu apakah suatu konsentrasi sangat encer atau pekat? Sekilas dengan manifestasi dari salah satu sifat organoleptik atau kimianya; yaitu, yang dirasakan atau yang dapat diukur oleh indra.

Gambar atas menunjukkan pengenceran konsentrasi kalium dikromat (K ₂ Cr ₂ O ₇ ), yang menunjukkan warna oranye. Dari kiri ke kanan, Anda dapat melihat bagaimana intensitas warna berkurang saat konsentrasinya diencerkan, menambahkan lebih banyak pelarut.

Pengenceran ini memungkinkan untuk mendapatkan konsentrasi encer dari yang pekat dengan cara ini. Warna (dan sifat "tersembunyi" lainnya di inti jingga) berubah dengan cara yang sama seperti konsentrasinya, baik dengan satuan fisik maupun kimia.

Tapi apa satuan konsentrasi kimia? Diantaranya adalah molaritas atau konsentrasi molar suatu larutan, yang menghubungkan mol zat terlarut dengan volume total larutan dalam liter.

Ada juga molalitas atau disebut juga konsentrasi molal, yang mengacu pada jumlah mol zat terlarut tetapi terdapat dalam jumlah standar pelarut atau pelarut yaitu tepat satu kilogram.

Pelarut ini bisa murni atau jika larutan mengandung lebih dari satu pelarut, molalitasnya akan menjadi mol zat terlarut per kilogram campuran pelarut.

Dan unit ketiga konsentrasi kimia adalah normalitas atau konsentrasi normal suatu larutan yang menyatakan jumlah ekivalen kimiawi zat terlarut per liter larutan.

Satuan di mana normalitas dinyatakan dalam ekuivalen per liter (Persamaan / L) dan dalam kedokteran konsentrasi elektrolit dalam serum manusia dinyatakan dalam miliekuivalen per liter (mEq / L).

Cara mengekspresikan konsentrasi

Konsentrasi suatu larutan dapat dilambangkan dalam tiga cara utama, meskipun mereka memiliki banyak variasi istilah dan satuan, yang dapat digunakan untuk menyatakan ukuran nilai ini: deskripsi kualitatif, notasi kuantitatif, dan klasifikasi dalam istilah kelarutan.

Bergantung pada bahasa dan konteks tempat Anda bekerja, salah satu dari tiga cara akan dipilih untuk mengekspresikan konsentrasi campuran.

Deskripsi kualitatif

Digunakan terutama dalam bahasa informal dan non-teknis, deskripsi kualitatif tentang konsentrasi campuran diekspresikan dalam bentuk kata sifat, yang menunjukkan secara umum tingkat konsentrasi yang dimiliki suatu larutan.

Jadi, tingkat konsentrasi minimum menurut deskripsi kualitatif adalah tingkat konsentrasi "encer", dan maksimum adalah tingkat "pekat".

Kita berbicara tentang larutan encer ketika larutan memiliki proporsi zat terlarut yang sangat rendah sebagai fungsi dari total volume larutan. Jika Anda ingin mengencerkan larutan, tambahkan lebih banyak pelarut atau cari cara untuk mengurangi zat terlarut.

Sekarang, kita berbicara tentang larutan pekat ketika larutan memiliki proporsi zat terlarut yang tinggi sebagai fungsi dari volume total larutan. Untuk memekatkan suatu larutan, tambahkan lebih banyak zat terlarut, atau kurangi jumlah pelarut.

Dalam pengertian ini, klasifikasi ini disebut deskripsi kualitatif, bukan hanya karena kurangnya pengukuran matematis tetapi karena kualitas empirisnya (dapat dikaitkan dengan ciri-ciri visual, bau dan rasa, tanpa perlu uji ilmiah).

Klasifikasi berdasarkan kelarutan

Kelarutan suatu konsentrasi menunjukkan kapasitas maksimum zat terlarut yang dimiliki suatu larutan, tergantung pada kondisi seperti suhu, tekanan, dan zat yang terlarut atau dalam suspensi.

Larutan dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis menurut tingkat zat terlarutnya pada saat pengukuran: larutan tak jenuh, jenuh, dan jenuh.

- Larutan tak jenuh adalah larutan yang mengandung lebih sedikit zat terlarut daripada yang dapat dilarutkan larutan. Dalam hal ini, larutan belum mencapai konsentrasi maksimumnya.

- Larutan jenuh adalah larutan di mana jumlah maksimum zat terlarut mungkin telah terlarut dalam pelarut pada suhu tertentu. Dalam hal ini ada kesetimbangan antara kedua zat dan larutan tidak dapat menerima lebih banyak zat terlarut (karena akan mengendap).

- Larutan jenuh memiliki lebih banyak zat terlarut daripada yang dapat diterima larutan dalam kondisi kesetimbangan. Ini dilakukan dengan memanaskan larutan jenuh, menambahkan lebih banyak zat terlarut dari biasanya. Setelah dingin, ia tidak akan mengendapkan zat terlarut secara otomatis, tetapi gangguan apa pun dapat menyebabkan efek ini karena ketidakstabilannya.

Notasi kuantitatif

Saat mempelajari solusi yang akan digunakan dalam bidang teknis atau ilmiah, diperlukan ketelitian yang diukur dan dinyatakan dalam satuan, yang menggambarkan konsentrasi sesuai dengan nilai massa dan / atau volume yang tepat.

Inilah sebabnya mengapa ada serangkaian satuan yang digunakan untuk menyatakan konsentrasi larutan dalam notasi kuantitatifnya, yang dibagi menjadi fisika dan kimia, dan pada gilirannya memiliki subdivisi sendiri.

Satuan konsentrasi fisik adalah satuan "konsentrasi relatif", yang dinyatakan dalam persentase. Ada tiga cara untuk menyatakan konsentrasi persen: persentase massa, persentase volume, dan persentase volume massa.

Sebaliknya, satuan konsentrasi kimia didasarkan pada jumlah molar, gram ekivalen, bagian per juta, dan karakteristik lain dari zat terlarut yang terkait dengan larutan.

Satuan ini adalah yang paling umum karena ketelitiannya yang tinggi saat mengukur konsentrasi, dan karena alasan ini satuan ini biasanya yang ingin Anda ketahui saat menangani larutan kimia.

Unit konsentrasi

Seperti yang dijelaskan di bagian sebelumnya, ketika mengkarakterisasi konsentrasi larutan secara kuantitatif, perhitungan harus diatur oleh unit yang ada untuk tujuan ini.

Demikian pula, satuan konsentrasi dibagi menjadi satuan konsentrasi relatif, satuan konsentrasi encer, satuan mol, dan satuan tambahan.

Satuan konsentrasi relatif

Konsentrasi relatif adalah yang dinyatakan dalam persentase, seperti yang disebutkan di bagian sebelumnya. Satuan-satuan ini dibagi menjadi persen massa-massa, persen volume-volume, dan persen massa-volume, dan dihitung sebagai berikut:

-% massa = massa zat terlarut (g) / massa larutan total (g) x 100

-% volume = volume zat terlarut (ml) / volume larutan total (ml) x 100

-% massa / volume = massa zat terlarut (g) / volume larutan total (ml) x 100

Dalam hal ini, untuk menghitung massa atau volume larutan total, massa atau volume zat terlarut harus ditambahkan dengan pelarut.

Satuan konsentrasi encer

Satuan konsentrasi encer adalah satuan yang digunakan untuk menyatakan konsentrasi yang sangat kecil dalam bentuk jejak di dalam larutan encer; penggunaan yang paling umum untuk unit-unit ini adalah untuk menemukan jejak satu gas terlarut di gas lain, seperti zat yang mencemari udara.

Satuan-satuan tersebut didaftar dalam bentuk part per million (ppm), parts per billion (ppb), dan parts per trilyun (ppt), dan dinyatakan sebagai berikut:

- ppm = 1 mg zat terlarut / larutan 1 L.

- ppb = 1 μg zat terlarut / larutan 1 L.

- ppt = 1 ng zat terlarut / larutan 1 L.

Dalam ekspresi ini mg sama dengan miligram (0,001 g), μg sama dengan mikrogram (0,000001 g), dan ng sama dengan nanogram (0,0000001 g). Satuan ini juga dapat dinyatakan dalam volume / volume.

Satuan konsentrasi sebagai fungsi mol

Satuan konsentrasi berdasarkan mol adalah fraksi mol, persentase mol, molaritas dan molalitas (dua yang terakhir lebih baik dijelaskan di akhir artikel).

Fraksi mol suatu zat adalah fraksi dari semua molekul penyusunnya (atau atom) sebagai fungsi dari total molekul atau atom. Ini dihitung sebagai berikut:

X _A = jumlah mol zat A / jumlah total mol dalam larutan

Prosedur ini diulangi untuk zat lain dalam larutan, dengan mempertimbangkan bahwa jumlah X _A + X _B + X _C … harus sama dengan satu.

Persentase mol bekerja dengan cara yang mirip dengan X _A , hanya dalam hal persentase:

Persen molar A = X _A x 100%

Bagian terakhir akan membahas molaritas dan molalitas secara rinci.

Formalitas dan normalitas

Terakhir, ada dua unit konsentrasi yang saat ini tidak digunakan: formalitas dan normalitas.

Formalitas suatu larutan menunjukkan banyaknya rumus-berat-gram per liter larutan total. Ini dinyatakan sebagai:

F = Tidak. Larutan PFG / L.

Dalam ungkapan ini PFG sama dengan berat setiap atom zat, dinyatakan dalam gram.

Sebaliknya, normalitas mewakili jumlah ekivalen zat terlarut dibagi dengan liter larutan, seperti yang dinyatakan di bawah ini:

N = gram ekivalen larutan / L.

Dalam ekspresi tersebut, gram ekivalen zat terlarut dapat dihitung dengan jumlah mol H ⁺ , OH ^- atau metode lain, tergantung pada jenis molekulnya.

Molaritas

Molaritas atau konsentrasi molar zat terlarut adalah satuan konsentrasi kimia yang mengekspresikan atau menghubungkan mol zat terlarut (n) yang terkandung dalam satu (1) liter (L) larutan.

Molaritas ditunjukkan dengan huruf kapital M dan untuk menentukan mol zat terlarut (n), gram zat terlarut (g) dibagi dengan berat molekul (MW) zat terlarut.

Demikian pula, MW berat molekul zat terlarut diperoleh dari jumlah berat atom (PA) atau massa atom unsur kimia, dengan mempertimbangkan proporsi di mana mereka bergabung membentuk zat terlarut. Dengan demikian, zat terlarut yang berbeda memiliki PM mereka sendiri (meskipun hal ini tidak selalu terjadi).

Definisi ini diringkas dalam rumus berikut yang digunakan untuk melakukan penghitungan terkait:

Molaritas: M = n (mol zat terlarut) / V (liter larutan)

Jumlah mol: n = g zat terlarut / MW zat terlarut

Latihan 1

Hitung Molaritas larutan yang dibuat dengan 45 g Ca (OH) ₂ dilarutkan dalam 250 mL air.

Hal pertama yang harus dihitung adalah berat molekul Ca (OH) ₂ (kalsium hidroksida). Menurut rumus kimianya, senyawa tersebut terdiri dari kation kalsium dan dua anion hidroksil. Di sini berat sebuah elektron yang kurang atau lebih dari satu spesies dapat diabaikan, sehingga diambil berat atomnya:

Sumber: Gabriel Bolívar

Jumlah mol zat terlarut kemudian menjadi:

n = 45 g / (74 g / mol)

n = 0,61 mol Ca (OH) ₂

0,61 mol zat terlarut diperoleh tetapi penting untuk diingat bahwa mol ini terlarut dalam 250 mL larutan. Karena definisi Molaritas adalah mol dalam liter atau 1000 mL, maka aturan sederhana tiga harus dibuat untuk menghitung mol dalam 1000 mL larutan tersebut.

Jika dalam 250 mL larutan terdapat => 0.61 mol zat terlarut

Dalam 1000 mL larutan => x Berapa mol yang ada?

x = (0,61 mol) (1000 mL) / 250 mL

X = 2,44 M (mol / L)

Cara lain

Cara lain untuk mendapatkan mol dengan menggunakan rumusnya adalah 250 mL harus diubah menjadi liter, juga menerapkan aturan tiga:

Jika 1000 ml => adalah 1 liter

250 ml => x Berapa liternya?

x = (250 mL) (1 L) / 1000 mL

x = 0,25 L

Menggantinya dengan rumus Molaritas:

M = (0,61 mol zat terlarut) / (0,25 L larutan)

M = 2,44 mol / L.

Latihan 2

Apa artinya larutan HCl menjadi 2,5 M?

Larutan HCl adalah 2,5 molar, yaitu satu liternya telah melarutkan 2,5 mol asam klorida.

Normal

Normalitas atau konsentrasi ekuivalen adalah satuan konsentrasi kimia dari larutan yang diberi tanda huruf kapital N. Satuan konsentrasi ini menunjukkan reaktivitas zat terlarut dan sama dengan jumlah ekivalen zat terlarut (Persamaan) dibagi dengan volume larutan yang dinyatakan dalam liter.

N = Persamaan / L.

Jumlah ekivalen (Persamaan) sama dengan gram zat terlarut dibagi berat ekivalen (PEq).

Persamaan = g zat terlarut / PEq

Berat ekivalen, atau disebut juga ekivalen gram, dihitung dengan mendapatkan berat molekul zat terlarut dan membaginya dengan faktor ekivalen yang untuk tujuan meringkas persamaan tersebut disebut delta zeta (ΔZ).

PEq = PM / ΔZ

Perhitungan

Penghitungan normalitas akan memiliki variasi yang sangat spesifik pada faktor ekivalen atau ΔZ, yang juga bergantung pada jenis reaksi kimia di mana zat terlarut atau spesies reaktif berpartisipasi. Beberapa kasus variasi ini dapat disebutkan di bawah ini:

-Bila itu adalah asam atau basa, ΔZ atau faktor ekivalennya, akan sama dengan jumlah ion hidrogen (H ⁺ ) atau hidroksil OH ^- yang dimiliki zat terlarut. Misalnya, asam sulfat (H ₂ SO ₄ ) memiliki dua ekivalen karena memiliki dua proton yang bersifat asam.

-Ketika sampai pada reaksi oksidasi-reduksi, ΔZ akan sesuai dengan jumlah elektron yang terlibat dalam proses oksidasi atau reduksi, tergantung pada kasus spesifiknya. Di sini keseimbangan persamaan kimia dan spesifikasi reaksi ikut bermain.

-Juga, faktor ekivalen atau ΔZ ini akan sesuai dengan jumlah ion yang mengendap dalam reaksi yang diklasifikasikan sebagai presipitasi.

Latihan 1

Tentukan Normalitas 185 g Na ₂ SO _{4 yang} ditemukan dalam larutan 1,3 L.

Berat molekul zat terlarut dalam larutan ini pertama-tama akan dihitung:

Sumber: Gabriel Bolívar

Langkah kedua adalah menghitung faktor ekivalen atau ΔZ. Dalam hal ini, karena natrium sulfat adalah garam, valensi atau muatan kation atau logam Na ^{+ akan dipertimbangkan} , yang akan dikalikan dengan 2, yang merupakan subskrip dari rumus kimia garam atau zat terlarut:

Na ₂ SO ₄ => ∆Z = Kation Valencia x Subskrip

∆Z = 1 x 2

Untuk mendapatkan bobot ekuivalen, itu diganti dalam persamaannya masing-masing:

PEq = (142.039 g / mol) / (2 Persamaan / mol)

PEq = 71,02 g / Persamaan

Dan kemudian Anda dapat melanjutkan untuk menghitung jumlah ekuivalen, sekali lagi menggunakan perhitungan sederhana lainnya:

Persamaan = (185 g) / (71,02 g / Persamaan)

Jumlah ekivalen = 2.605 Persamaan

Akhirnya, dengan semua data yang diperlukan, normalitas sekarang dihitung dengan mengganti menurut definisinya:

N = 2,605 Persamaan / 1,3 L.

N = 2,0 N

Molalitas

Molalitas ditunjukkan dengan huruf kecil m dan sama dengan mol zat terlarut yang ada dalam satu (1) kilogram pelarut. Ini juga dikenal sebagai konsentrasi molal dan dihitung menggunakan rumus berikut:

m = mol zat terlarut / Kg pelarut

Sementara Molaritas menentukan rasio mol zat terlarut yang terkandung dalam satu (1) liter larutan, molalitas berhubungan dengan mol zat terlarut yang ada dalam satu (1) kilogram pelarut.

Dalam kasus di mana larutan dibuat dengan lebih dari satu pelarut, molalitasnya akan mengekspresikan mol zat terlarut yang sama per kilogram campuran pelarut.

Latihan 1

Tentukan molalitas larutan yang dibuat dengan mencampurkan 150 g sukrosa (C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ ) dengan 300 g air.

Berat molekul sukrosa pertama kali ditentukan untuk dilanjutkan dengan menghitung mol zat terlarut dalam larutan ini:

Sumber: Gabriel Bolívar

Jumlah mol sukrosa dihitung:

n = (150g sukrosa) / (342,109 g / mol)

n = 0,438 mol sukrosa

Gram pelarut kemudian diubah menjadi kilogram untuk menerapkan rumus akhir.

Kemudian mengganti:

m = 0,438 mol sukrosa / 0,3 kilogram air

m = 1,46 mol C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ / Kg H ₂ O

Meskipun saat ini ada perdebatan tentang ekspresi akhir molalitas, hasil ini juga dapat dinyatakan sebagai:

1,26 m C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ atau 1,26 molal

Kadang-kadang dianggap menguntungkan untuk menyatakan konsentrasi larutan dalam bentuk molalitas, karena massa zat terlarut dan pelarut tidak mengalami sedikit fluktuasi atau perubahan yang tidak nyata karena pengaruh suhu atau tekanan; seperti yang terjadi dalam larutan dengan zat terlarut gas.

Lebih lanjut, ditunjukkan bahwa satuan konsentrasi yang mengacu pada zat terlarut spesifik ini tidak berubah oleh keberadaan zat terlarut lain dalam larutan.

Rekomendasi dan Catatan Penting tentang Konsentrasi Kimia

Volume larutan selalu lebih besar dari volume pelarut

Saat latihan solusi diselesaikan, kesalahan muncul saat menafsirkan volume larutan seolah-olah volume pelarut. Misalnya, jika satu gram coklat bubuk dilarutkan dalam satu liter air, volume larutannya tidak sama dengan volume satu liter air.

Kenapa tidak? Karena zat terlarut akan selalu menempati ruang antar molekul pelarut. Jika pelarut memiliki afinitas tinggi terhadap zat terlarut, perubahan volume setelah pelarutan dapat diabaikan atau diabaikan.

Tetapi, jika tidak, dan terlebih lagi jika jumlah zat terlarutnya besar, perubahan volume harus diperhitungkan. Dengan cara ini: Vsolvent + Vsolute = Vsolution. Hanya dalam larutan encer atau jika jumlah zat terlarutnya kecil, Vsolvent = Vsolution yang valid.

Kesalahan ini harus diingat terutama saat bekerja dengan zat terlarut cair. Misalnya, jika alih-alih melarutkan cokelat bubuk, madu dilarutkan dalam alkohol, volume madu yang ditambahkan akan berpengaruh nyata pada volume total larutan.

Oleh karena itu, dalam kasus ini volume zat terlarut harus ditambahkan ke volume pelarut.

Utilitas Molaritas

-Mengetahui Molaritas larutan pekat memungkinkan perhitungan pengenceran dilakukan dengan menggunakan rumus sederhana M1V1 = M2V2, di mana M1 sesuai dengan Molaritas awal larutan dan M2 Molaritas larutan yang akan dibuat dari larutan dengan M1.

-Mengetahui Molaritas suatu larutan, Normalitasnya dapat dengan mudah dihitung menggunakan rumus berikut: Normalitas = jumlah ekivalen x M

Rumusnya tidak dihafal tetapi satuan atau definisinya

Namun, terkadang memori gagal saat mencoba mengingat semua persamaan yang berkaitan dengan kalkulasi konsentrasi. Untuk ini, sangat berguna untuk memiliki definisi yang sangat jelas tentang setiap konsep.

Mulai dari definisi, satuan ditulis menggunakan faktor konversi untuk menyatakan satuan yang sesuai dengan yang akan ditentukan.

Misalnya, jika Anda memiliki molalitas dan Anda ingin mengubahnya menjadi normal, lakukan sebagai berikut:

(mol / Kg pelarut) x (kg / 1000g) (g pelarut / mL) (mL pelarut / mL larutan) (1000mL / L) (Persamaan / mol)

Perhatikan bahwa (g pelarut / mL) adalah massa jenis pelarut. Istilah (mL pelarut / mL larutan) mengacu pada berapa banyak volume larutan yang sesuai dengan pelarut. Dalam banyak latihan, istilah terakhir ini sama dengan 1, untuk alasan praktis, meskipun tidak pernah sepenuhnya benar.

Referensi

1. Pengantar Chemistry- 1 ^st Kanada Edition. Satuan Kuantitatif Konsentrasi. Bab 11 Solusi. Diambil dari: opentextbc.ca
2. Wikipedia. (2018). Konsentrasi Setara. Diambil dari: en.wikipedia.org
3. PharmaFactz. (2018). Apa itu molaritas? Diambil dari: pharmafactz.com
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kimia. (Edisi ke-8). CENGAGE Learning, hlm 101-103, 512, 513.
5. Solusi-Molaritas Aqueous. Diambil dari: chem.ucla.edu
6. Quimicas.net (2018). Contoh Normalitas. Diperoleh dari: quimicas.net.