1.3. Чистота или концентрация реактивов. Запас. Плотность и объем.
Все вышеприведенные расчеты (в предыдущей главе) безусловно, верны. Если речь идет об идеальном случае. В реальном мире мы покупаем реактив, и читаем на этикетке: «Чистота – 96%». Что это значит? Это значит, что продавец гарантирует, что в данном продукте не менее 96% того вещества, которое указано на этикетке. Остальные 4% - примеси, нам не нужные. Также это значит, что для проведения реакции мы должны взять вещества БОЛЬШЕ, чем если бы оно имело 100% чистоту. Насколько? Если мы обозначим чистоту буквой N, то в случае выше Мфакт = Мтеор / N, т.е. Мфакт = Мтеор/96% = Мтеор х 100/96.
Аналогично считается концентрация раствора. Фактически концентрация – это Мвещества/Мраствора в целом. Т.е. если у нас написана 20% концентрация поваренной соли (NaCl) в воде, то это означает, что в 1 кг раствора содержится 20% или 0,2 кг соли. А остальное? Остальное – вода, т.е. растворитель, не принимающий участия в реакции и служащий для удобства доставки реагента в зону реакции (лить удобней, чем сыпать). И если мы хотим, чтобы в реакции принял участие 1 кг соли, мы должны залить в РС 1 кг/20% = 5 кг 20%-ного раствора соли.
То есть физически, концентрация и чистота – одно и то же – общий вес нужного нам вещества / общий вес смеси (раствора). Обозначаются и считаются они одинаково: Мфакт=Мтеор/N
ВАЖНО: если не оговорено специально, концентрация и чистота всегда считаются ПО ВЕСУ, т.е. 1 кг 20% раствора содержит 200 граммов действующего вещества, а НЕ 1 литр содержит 200 мл. Оговорки вы можете увидеть, например, на бутылке водки, где специально указано, что доля (т.е. концентрация) спирта составляет 40 ОБЪЕМНЫХ %, т.е. 400 мл спирта на 1 литр водки. Т.к. спирт легче воды (с плотностью ок. 0,8), то «обычных» % там будет около 32.
Какие еще поправки вносит жизнь? Количество какого-нибудь реактива может внепланово уменьшится прямо во время реакции – например побочная реакция, идущая параллельно с основной, может его разложить, или он просто сильно летучий, и часть его прямо во время реакции может испариться. Чтобы подстраховаться на такой случай, такие реактивы могут брать с запасом, т.е. на какое-то оговоренное количество больше, чем получается по расчетам. Это обычно оговаривается в описании реакции (для первопроходцев – подбирается экспериментально). То есть с учетом этого, формула реального количества вещества выглядит так: Мфакт = Мтеор/N х (1+запас), где запас – дается в процентах.
Следующая задача – узнать, сколько литров занимает то или иное количество вещества. Сразу говорю, что отмерять реактивы ВСЕГДА лучше по весу – это надежнее и точнее. Вы будете смеяться, но мерные стаканы китайского производства частенько врут на 5-10% (если они не прошли поверку ГОСТом). Кроме того, концентрация реактивов может отличаться от заявленной по вине продавца, или нарушения (в том числе и вами) условий хранения – эти случаи мы рассмотрим в следующей главе. А вот точных весов в России – пока достаточное количество. Поэтому еще раз – отмерять ВСЁ ВСЕГДА по весу.
Но продавцы частенько продают по объему – например, 1 литр БВК. И, кроме того, нам надо понимать, сколько места займет та или иная смесь в РС. Поэтому объем вычислять периодически приходится.
Тут тоже ничего сложного нет – есть такое понятие, как плотность, обозначаемая буквой ρ (произносится, как «ро»). И формула по вычислению объема M=V х ρ, из которой следует, что V как раз равно M/ρ. Плотности тех или иных растворов – берутся в справочниках, например у 48% раствора БВК в воде плотность равна 1,49 г/кв.см. То есть 1 литр 48% БВК будет весить 1,49 кг, а 1 кг 48% БВК займет объем 671,14 мл.
Итак, все вычисления проводятся ПО ПОРЯДКУ:
Сначала, с помощью молярной массы и количества молей вычисляем нужный ВЕС ЧИСТОГО вещества. Формула Mчист=Мол.Масса х N, где N – количество молей.
Потом учитываем концентрацию (или чистоту) и запас. М=Мчист/Конц х (1+Запас). Концентрация и запас в данном случае указываются в процентах, т.е. 48%=0,48. Так мы получаем окончательный вес нужного вам вещества.
Потом, если надо получить объем, делим полученный вес (М) на плотность: V=M/ρ, а плотность – берем из справочника, причем плотность растворов РАЗНАЯ для РАЗНЫХ концентраций. Так, плотность 48% раствора БВК – 1,49, а плотность 40% раствора БВК – 1,37 г/кв.см.
ПРИМЕР (из жизни): Сколько литров БВК надо купить для 11 реакций, в каждой из которых используется по 15 молей БВК? Справочные данные: Мол.Масса БВК = 80,9, концентрация – 48%, плотность 48% р-ра БВК=1,49, запас – 3,5%
Решение: 15 молей х 80,9=1213,5 гр. чистой БВК = 1212,5/48 х 100 х (1+3,5%) = 2614,45 гр. 48% раствора БВК = 1,755 мл
На 11 реакций нам надо купить 1,755 мл х 11= 19,305 мл, т.е. можно смело брать 20 литров БВК.
PS: Но отмерять для каждой реакции надо все равно по 2615 граммов.
