Koncentracija (chemija)

Šiam straipsniui ar jo daliai . Jūs galite padėti Vikipedijai pridėdami su šaltiniais.

Tirpalas – kintamos sudėties homogeninės sistemos, sudarytos iš dviejų ar daugiau komponentų (cheminių medžiagų).

Valgomosios druskos tirpinimas vandenyje

Tirpale esančio tirpinio masės dalis randama pagal formulę:

${\displaystyle \omega \,={\frac {m_{t}}{m_{T}}}\cdot 100\%}$

Tirpale ištirpusio tirpinio kiekis vadinamas koncentracija. Molinė tirpalo koncentracija žymima ${\displaystyle c\!}$ ir apskaičiuojama pagal formulę:

${\displaystyle c={\frac {n}{V}}}$

Kai į tirpalą įpilame dar tirpiklio, tada sakome, kad tirpalą skiedžiame. Atskiesto tirpalo koncentracija sumažėja. Norėdami sumažinti tirpalo koncentraciją nuo ${\displaystyle c_{0}\!}$ iki ${\displaystyle c_{1}\!}$, turime į tirpalą įpilti skiediklio, kurio masė lygi:

${\displaystyle m_{s}=m_{T}\cdot \left({\frac {c_{0}}{c_{1}}}-1\right)}$

Šiose formulėse:

• m_t – tirpinio masė,
• m_T – turimo tirpalo masė,
• n – tirpinio kiekis (moliais),
• V – tirpalo tūris,
• m_s – papildomo skiediklio (tirpiklio) masė,
• ${\displaystyle c_{0}}$ – turimo tirpalo koncentracija,
• ${\displaystyle c_{1}}$ – pageidaujama tirpalo koncentracija.

Tirpalo gavimas

Paprastai tirpalą gauname kitą medžiagą ištirpinę skystyje, pavyzdžiui, kavą vandenyje, cukrų kavoje, druską jūros vandenyje, skalbiklius vandenyje, jodą spirite ir t. t. Tačiau yra ir kitokių tirpalų. Dujos gali tirpti skysčiuose (gazuotas vanduo). Daug tirpalų gaunama tirpinant vienus skysčius kituose. Dujos taip pat gali tirpti kai kuriuose kietuose kūnuose, kieti kūnai – kietose medžiagose; taip susidaro metalo lydiniai.

Kad susidarytų tirpalas, medžiaga, kuri tirpsta (tirpinamoji medžiaga), turi sąveikauti su medžiaga, kuri ją tirpina (tirpikliu). Pavyzdžiui, kristalinis cukrus yra sudarytas iš sacharozės molekulių. Kad cukrus ištirptų, reikia energijos kristalo gardelei suardyti. Šią energiją gali suteikti tik tirpiklis. Kai tirpiklis yra vanduo, tirpinamoji medžiaga reaguoja su juo dėl vandens molekulėms būdingo poliškumo. Vandens molekulės centrinis deguonies atomas turi nedidelį neigiamą krūvį, tuo tarpu vandenilio atomai yra teigiami. Vandens molekulės yra linkusios traukti viena kitą, dėl to vanduo kambario temperatūroje yra skystas, nors dauguma mažos molekulinės masės medžiagų yra dujos. Vandens molekulės taip pat yra linkusios traukti (t. y. tirpinti) kitus polinius junginius, pavyzdžiui, cukrų, kurio molekulėje yra OH grupių.

Panašios, tik daug stipresnės sąveikos jėgos atsiranda nepolinėse molekulėse; dėl to angliavandeniai tirpina kitus nepolinius junginius, pavyzdžiui, riebalus. Šiuolaikiniai skalbikliai yra abiejų tipų sąveikos pavyzdys: viena molekulės dalis (nepolinė) reaguoja su nešvarumais, kita dalis (polinė) su vandeniu; taigi detergento molekulė jungia vandenį ir riebalinius nešvarumus, juos drėkina ir ištirpina.

Kai kurie junginiai, pavyzdžiui, etilo alkoholis, visiškai ištirpsta vandenyje ir angliavandeniuose, t. y. medžiagose, kurios netirpsta viena kitoje. Kiti junginiai, priklausomai nuo junginio cheminės struktūros, gali tirpti tik poliniuose tirpikliuose. Įvairiarūšių molekulių sąveiką lengva pastebėti iš sumažėjusio medžiagos tūrio. Pavyzdžiui, sumaišius vandens ir etilo alkoholio lygias dalis visas tirpalo tūris sudaro 97 %̃ abiejų komponentų sumos. Medžiaga netirpsta todėl, kad tirpiklis nenugali molekulių traukos jėgų. Kiekviena medžiaga turi tirpumo ribą, kuri priklauso nuo temperatūros – karštas tirpiklis ištirpina daugiau medžiagos negu šaltas.

Tirpalas, kuriame ištirpinta daugiausia tirpinamosios medžiagos vadinamas sočiuoju. Karštas skystis paprastai geba išlaikyti kietą kūną tirpale geriau negu šaltas (dujoms ištirpintoms skystyje, galioja atvirkštinis dėsnis). Jei verdančiame vandenyje ištirpinta daugiausiai kietosios medžiagos, tai vėstant vandeniui dalis jos iškrinta (išsikristalizuoja). Jei kietos medžiagos neiškrinta, sakoma, kad tirpalas yra persotintas. Kristalizacija iš persotintų riebalų užauginami dideli kristalai. Skysčiuose tirpstančios kietos medžiagos keičia skysčių savybes. Pavyzdžiui, grynas vanduo užšąla 0° C, o verda 100° C temperatūroje. Tuo tarpu valgomosios druskos tirpalas užšąla žemesnėje negu 0° C temperatūroje. Štai kodėl druska, žiemą išbarstyta ant kelių, trukdo susidaryti ledui.