Stężenie roztworu to jedna z podstawowych wielkości chemicznych, określająca ilość substancji rozpuszczonej zawartej w danej ilości roztworu lub rozpuszczalnika. Znajomość stężeń jest niezbędna w chemii analitycznej, farmacji, przemyśle spożywczym i wielu innych dziedzinach. Najczęściej stosowanymi rodzajami stężeń są stężenie procentowe (masowe) oraz stężenie molarne.
Stężenie procentowe (masowe)
Stężenie procentowe masowe (Cp) określa, ile gramów substancji rozpuszczonej przypada na 100 gramów roztworu. Wyrażone jest w procentach [%].
Cp = (masa substancji rozpuszczonej / masa roztworu) × 100%
Gdzie masa roztworu = masa substancji rozpuszczonej + masa rozpuszczalnika.
Przykład 1: obliczanie stężenia procentowego
Rozpuszczamy 25 g chlorku sodu (NaCl) w 200 g wody. Jakie jest stężenie procentowe?
- Masa roztworu = 25 g + 200 g = 225 g
- Cp = (25 / 225) × 100% = 11,1%
Oznacza to, że w 100 g tego roztworu znajduje się 11,1 g NaCl.
Przykład 2: ile substancji w danej masie roztworu?
Ile gramów cukru znajduje się w 500 g 10-procentowego roztworu cukru?
- m_cukru = Cp × m_roztworu / 100 = 10 × 500 / 100 = 50 g cukru
Stężenie molarne (molowość)
Stężenie molarne (Cm) określa liczbę moli substancji rozpuszczonej przypadającą na 1 litr roztworu. Jednostką jest mol/l lub M (molar).
Cm = n / V
Gdzie:
- n — liczba moli substancji rozpuszczonej [mol]
- V — objętość roztworu [litry]
Aby wyliczyć liczbę moli, należy znać masę molarną substancji: n = m / M, gdzie M to masa molarna w g/mol.
Przykład 3: obliczanie stężenia molarnego
Rozpuszczamy 58,5 g NaCl (masa molarna = 58,5 g/mol) w wodzie i uzupełniamy roztwór do objętości 1 litra. Jakie jest stężenie molarne?
- n = m / M = 58,5 g / 58,5 g/mol = 1 mol
- Cm = n / V = 1 mol / 1 l = 1 mol/l (1 M)
Przykład 4: stężenie molarne kwasu
Ile gramów kwasu siarkowego H2SO4 (masa molarna = 98 g/mol) trzeba rozpuścić w wodzie, aby uzyskać 500 ml roztworu o stężeniu 0,5 mol/l?
- n = Cm × V = 0,5 mol/l × 0,5 l = 0,25 mol
- m = n × M = 0,25 mol × 98 g/mol = 24,5 g H2SO4
Rozcieńczanie roztworów
Często zachodzi potrzeba przygotowania roztworu o niższym stężeniu przez rozcieńczenie roztworu bardziej stężonego. Korzystamy wtedy z zasady zachowania moli substancji:
C1 × V1 = C2 × V2
Gdzie C1 i V1 to stężenie i objętość roztworu wyjściowego, C2 i V2 to stężenie i objętość roztworu końcowego.
Przykład: ile ml roztworu 5 M HCl należy pobrać, aby przygotować 200 ml roztworu 0,5 M?
- V1 = (C2 × V2) / C1 = (0,5 × 200) / 5 = 20 ml
- Pobieramy 20 ml roztworu 5 M i uzupełniamy wodą do 200 ml.
Inne rodzaje stężeń
Oprócz stężenia procentowego i molarnego, w chemii stosuje się również:
- Stężenie molalne — mole substancji na kilogram rozpuszczalnika [mol/kg]; niezależne od temperatury.
- Ułamek molowy — stosunek liczby moli składnika do sumy moli wszystkich składników roztworu; wielkość bezwymiarowa od 0 do 1.
- Stężenie objętościowe (Cv) — objętość substancji na objętość roztworu; stosowane dla cieczy, np. roztwory alkoholu.
- ppm i ppb — części na milion i części na miliard; używane przy bardzo niskich stężeniach, np. śladowych zanieczyszczeń w wodzie.
Obliczenia stężeń bywają skomplikowane, zwłaszcza przy rozcieńczaniu i mieszaniu roztworów. Skorzystaj z kalkulatora stężenia roztworu na Liczbnik.pl, który automatycznie przelicza między różnymi rodzajami stężeń, wyznacza masy i objętości składników oraz pomaga rozwiązać typowe zadania laboratoryjne.