Joner i saltlösningar

5 Kemiska beräkningar: Koncentration i lösningar

Joner i saltlösningar

En flaska med natriumkloridlösning har en etikett med märkningen "NaCl #0,10 \text{ mol/dm}^{3}# ". Det betyder att, för att göra #1 \text{ dm}^{3} # lösning har man vägt upp massan av #0,10 # mol av det fasta ämnet natriumklorid och därefter löst det i vatten och spätt till volymen #1 \text{ dm}^{3}#

När natriumkloriden löses i vattnet delas saltet upp i fria joner enligt formeln:

#\hspace{10mm} \textbf{NaCl(s)} \xrightarrow{\textbf{H}_\textbf{2}\textbf{O}} \textbf{Na}^{\mathbf{+}}\textbf{(aq)} + \textbf{Cl}^{\mathbf{-}}\textbf{(aq)}#

Partiklarna i den kemiska föreningen frigörs alltså från varandra (till joner) i vattnet. H₂O över pilen i formeln förtydligar att vatten fungerar som lösningsmedel.

Av #1 # mol NaCl bildas #1 # mol #\text{Na}^{+}(\text{aq})# och #1 # mol #\text{Cl}^{-}(\text{aq})#. I lösningen finns endast natriumjoner och kloridjoner (förutom vatten). Där finns alltså inga natriumjoner som sitter ihop med kloridjoner.

För att ange koncentrationen av ett visst partikelslag i lösningen, brukar man sätta hakparenteser runt partikelslagets formel. I natriumkloridlösningen där #c(\text{NaCl}) = 0,10 \text{ mol/dm}^{3} # är

#\hspace{10mm}# [#\textbf{Na}^\mathbf{+}#] #= 0,10 \text{ mol/dm}^{3} # och [#\textbf{Cl}^\mathbf{-}#] #= 0,10 \text{ mol/dm}^{3}.#

Skrivsättet # c (\text{NaCl}) = 0,10 \text{ mol/dm}^{3} # innebär alltså att innehållet motsvarar en lösning där #0,10 # mol NaCl har lösts i vatten så att volymen har blivit #1 \text{ dm}^{3}.#

Saltgruvan i Wieliczka nära Krakow i södra Polen är en av världens äldsta gruvor. Den har varit i drift sen #1200#-talet och var länge en av världens största källor för framställning av bordssalt. Den underjordiska sjön är i princip en mättad natriumkloridlösning.

Exempel

#16.# Vilken är koncentrationen av kaliumjoner respektive nitratjoner i
#0,20 \text{ mol/dm}^3# KNO₃?

Lösning
När saltet (som kallas salpeter och används till bland annat konservering) löser sig i vatten sker följande:

#\text{KNO}_\text{3}(\text{s}) \xrightarrow{\text{H}_\text{2}\text{O}} \text{K}^{+}(\text{aq}) + \text{NO}_\text{3}^{-}(\text{aq})#

En lösning av kaliumnitrat innehåller kaliumjoner och nitratjoner. Varje formelenhet KNO₃ ger en kaliumjon, #\text{K}^{+}# och en nitratjon, #\text{NO}_3^{-}#.

#1# mol KNO₃ ger #1# mol #\text{K}^{+}# och #1# mol #\text{NO}_3^{-}#.

Totalkoncentration	#c(\text{KNO}_3)=0,20\text{ mol/dm}^3#
Kaliumjonkoncentration	#[\text{K}^{+}]=0,20\text{ mol/dm}^3#
Nitratjonkoncentration	#[\text{NO}_\text{3}^{+}]=0,20\text{ mol/dm}^3#

Svar
#[\text{K}^{+}]=1,0\text{ mol/dm}^3# och #[\text{SO}_\text{4}^{2-}] = 0,50 \text{ mol/dm}^3#

Exempel

#17.# Vilken är koncentrationen av kaliumjoner respektive sulfatjoner i
#0,50 \text{ mol/dm}^3# K₂SO₄.

Lösning
När saltet (som kallas salpeter och används till bland annat konservering) löser sig i vatten sker följande:

#\text{K}_\text{2}\text{SO}_\text{4}(\text{s}) \xrightarrow{\text{H}_\text{2}\text{O}} 2 \, \text{K}^{+}(\text{aq}) + \text{SO}_\text{4}^{2-}(\text{aq})#

En lösning av kaliumsulfat innehåller kaliumjoner och sulfatjoner.

Varje formelenhet K₂SO₄ ger #2# kaliumjoner, #\text{K}^{+}# och en nitratjon, #\text{SO}_4^{2-}#.

#1# mol K₂SO₄ ger #2# mol #\text{K}^{+}# och #1# mol #\text{SO}_4^{2-}#.

Totalkoncentration	#c(\text{K}_\text{2}\text{SO}_\text{4})=0,50\text{ mol/dm}^3#
Kaliumjonkoncentration	#[\text{K}^{+}]=2\cdot 0,50\text{ mol/dm}^3 = 1,0 \text{ mol/dm}^3#
Sulfatkoncentration	#[\text{SO}_\text{4}^{2-}]=0,50\text{ mol/dm}^3#

Svar
#[\text{K}^{+}]=1,0\text{ mol/dm}^3# och #[\text{SO}_\text{4}^{2-}] = 0,50 \text{ mol/dm}^3#

Exempel

#18.# Kristallsoda (målarsoda) är vattenhaltigt natriumkarbonat som ibland används för att göra rent ytor som ska målas om. Formeln för kristallsoda är Na₂CO₃ #\cdot# #10\,#H₂O. Man löser #3,5# g kristallsoda i vatten så att lösningens volym blir #0,100 \text{ dm}^3# . Beräkna totalkoncentrationen av soda, natriumjonkoncentrationen och karbonatjonkoncentrationen i lösningen.

Lösning
När natriumkarbonatet löses i vatten sker följande:

#\text{Na}_\text{2}\text{CO}_\text{3}\cdot 10 \, \text{H}_\text{2}\text{O} (\text{s}) \xrightarrow{\text{H}_\text{2}\text{O}} 2 \, \text{Na}^{+}(\text{aq}) + \text{CO}_\text{3}^{2-}(\text{aq})+ 10\, \text{H}_\text{2}\text{O}#

#1# mol Na₂CO₃ #\cdot# #10\,#H₂O#(\text{s})# ger #2# mol natriumjoner, #\text{Na}^{+}#, #1# mol karbonatjoner, #\text{CO}_\text{3}^{2-}#, och #10# mol vatten H₂O.

Kristallvattnet ska tas med i beräkningen av molmassan, men blir efter sodans upplösning en del av lösningsmedlet (vattnet).

Massa	#m(\text{Na}_\text{2}\text{CO}_\text{3}\cdot 10 \, \text{H}_\text{2}\text{O}) = 3,5 \text{ g}#
Molmassa	#M(\text{Na}_\text{2}\text{CO}_\text{3}\cdot 10 \, \text{H}_\text{2}\text{O})= ((23,0\cdot 2) +# #12,0 + (16,0 \cdot 3) + 10\cdot (1,01\cdot 2 + 16,0))=286\text{ g/mol}#
Substansmängd	#n(\text{Na}_\text{2}\text{CO}_\text{3}\cdot 10 \, \text{H}_\text{2}\text{O})=\frac{m}{M}=\frac{3,5\text{ g}}{286 \text{ g/mol}}=0,0112\text{ mol}# #n(\text{Na}_\text{2}\text{CO}_\text{3}) = 0,0122\text{ mol}#
Volym	#V=0,100\text{ dm}^3#
Totalkoncentration	#c(\text{Na}_\text{2}\text{CO}_\text{3}) = \frac{n}{V} = \frac{1,0122\text{ mol}}{0,100\text{ dm}^3} = 0,122\text{ mol/dm}^3#
Natriumjonkoncentration	#[\text{Na}^{+}]=2\cdot 0,122\text{ mol/dm}^3 = 0,244\text{ mol/dm}^3#
Karbonatjonkoncentration	#[\text{CO}_\text{3}^{2-}] = 0,122\text{ mol/dm}^3#

Svar
#c(\text{Na}_\text{2}\text{CO}_\text{3}) = 0,12 \text{ mol/dm}^3#, #[\text{Na}^{+}]= 0,24 \text{ mol/dm}^3# och #[\text{CO}_\text{3}^{2-}] = 0,12\text{ mol/dm}^3#


		Natriumkarbonat, Na₂CO₃, som kallas ”målarsoda” eller ”hushållssoda” i handeln, används för att rengöra målade ytor från fett och smuts innan de målas om.