Soluții (concentrații procentuale, molare, diluții)

O soluție este un sistem omogen format din două sau mai multe substanțe: solventul (mediul de dispersie, de obicei lichidul în cantitate mai mare) și solutul (substanța dizolvată, în cantitate mai mică). În chimie, cunoașterea compoziției cantitative a soluțiilor este esențială pentru reacții, preparări și analize. Concentrația reprezintă raportul dintre cantitatea de solut și cantitatea de soluție sau de solvent.

Cele mai frecvente tipuri de concentrații studiate în liceu sunt: concentrația procentuală de masă (c% = masa solut / masa soluție × 100), concentrația molară (C = număr moli solut / volum soluție, exprimată în mol/L) și concentrația procentuală de volum (c% vol = volum solut / volum soluție × 100). Diluția este procesul de scădere a concentrației unei soluții prin adăugare de solvent. Legea fundamentală a diluției se bazează pe conservarea cantității de solut: c1 × m1 = c2 × m2 (pentru procente masice) sau C1 × V1 = C2 × V2 (pentru molaritate).

Este important ca elevii să înțeleagă diferența dintre concentrația molară și cea procentuală, unitățile de măsură și relațiile de conversie, precum și modul de utilizare a densității pentru trecerea de la masă la volum. Aplicațiile practice includ prepararea soluțiilor de concentrație cunoscută, diluarea seriilor pentru analize (de exemplu, în laboratoarele de biochimie) și determinarea concentrațiilor prin titrare. În problemele de bacalaureat, se cer calcule pentru aflarea masei de solut, a volumului de solvent necesar diluției, sau determinarea concentrației finale după amestecarea mai multor soluții.

Metoda de rezolvare presupune scrierea corectă a datelor, aplicarea formulei adecvate, utilizarea masei molare (M = masa / nr moli) și respectarea unităților.

Exemple

• Exemplul 1: Se prepară 250 g soluție de zahăr (C12H22O11) cu concentrația procentuală de masă 20%. Cât zahăr și câtă apă se necesită? Rezolvare: c% = (masa zahăr / masa soluție) × 100 => masa zahăr = (20/100) × 250 = 50 g. Masa apei = 250 - 50 = 200 g. Se cântăresc 50 g zahăr și se dizolvă în 200 g apă (200 mL apă, considerând densitatea apei = 1 g/mL).
• Exemplul 2: O soluție de acid clorhidric are concentrația molară 0,1 M. Câți moli de HCl se găsesc în 500 mL de soluție? Rezolvare: C = nr moli / V(L) => nr moli = C × V = 0,1 × 0,5 = 0,05 moli. Masa HCl = nr moli × M = 0,05 × 36,5 = 1,825 g. Astfel, în 500 mL soluție 0,1 M există 0,05 moli de acid.
• Exemplul 3: Dintr-o soluție de NaOH 2 M se dorește prepararea a 1 L de soluție 0,5 M. Ce volum din soluția concentrată se diluează și cu câtă apă? Rezolvare: C1 × V1 = C2 × V2 => 2 × V1 = 0,5 × 1 => V1 = 0,25 L = 250 mL. Se iau 250 mL din soluția 2 M și se completează cu apă distilată până la 1 L (deci se adaugă 750 mL apă). Diluarea se face într-un balon cotat, prin amestecare și aducere la semn.

Concepte cheie: Soluție omogenă: solvent + solut, Concentrația procentuală de masă: c% = (masa solut / masa soluție) × 100, Concentrația molară: C = nr moli / V(L), Diluția: conservarea cantității de solut (c1×m1 = c2×m2, C1×V1 = C2×V2), Relația dintre masă, volum și densitate: ρ = m/V, Calculul masei molare: suma maselor atomice relative