Đang tải bài học…

AP Chemistry

nồng độ

concentration

Còn gọi: c

Nồng độ là đại lượng đo lượng chất tan có trong một lượng xác định dung môi hoặc dung dịch.

Nồng độ diễn tả mức độ pha trộn giữa chất tan và dung môi trong một dung dịch. Khi ta hòa tan đường (sugar) vào nước, mỗi thìa đường thêm vào làm tăng lượng chất tan trong cùng một thể tích, do đó dung dịch trở nên đậm đặc hơn. Trong hóa học, việc biết chính xác nồng độ cho phép ta tính được số mol chất tham gia phản ứng, từ đó dự đoán sản phẩm và hiệu suất.

Có nhiều cách biểu diễn nồng độ, mỗi cách phù hợp với một tình huống khác nhau. Nồng độ mol, ký hiệu $M$ , được tính bằng số mol chất tan chia cho thể tích dung dịch theo lít:

$M = \frac{n}{V}$

Ngược lại, nồng độ phần trăm theo khối lượng so sánh khối lượng chất tan với tổng khối lượng dung dịch rồi nhân trăm, nên nó không phụ thuộc vào nhiệt độ. Ngoài ra, phần triệu (parts per million) và phần tỷ dùng cho lượng chất tan rất nhỏ, chẳng hạn như dư lượng kim loại nặng trong nước sinh hoạt. Vì vậy, tùy vào mức độ pha loãng và mục đích đo lường, người ta chọn đơn vị biểu diễn phù hợp.

Nồng độ còn liên hệ trực tiếp với tốc độ phản ứng (rate of reaction) và trạng thái cân bằng hóa học. Khi nồng độ chất phản ứng tăng, các hạt va chạm thường xuyên hơn, nhờ đó tốc độ phản ứng tăng theo. Đối với phản ứng thuận nghịch, hằng số cân bằng $K$ được viết từ nồng độ các chất tại trạng thái cân bằng, nên bất kỳ thay đổi nồng độ nào cũng có thể làm dịch chuyển cân bằng theo nguyên lý Le Châtelier (Le Châtelier's principle). Hiểu rõ nồng độ là nền tảng để giải quyết bài toán chuẩn độ, dung dịch đệm và cân bằng axit–bazơ trong chương trình AP Chemistry.

Ký hiệuc, M (mol/L)

Đơn vịmol/L (M), g/L, % (m/m), ppm, ppb

Trực giác: Nồng độ giống như độ ngọt của ly trà sữa: cùng một lượng trà nhưng thêm nhiều đường hơn thì mỗi hớp uống đều ngọt đậm hơn.

Công thức

M = \htmlClass{fp-0}{\frac{\htmlClass{fp-1}{n}}{\htmlClass{fp-2}{V}}}

Dùng mỗi khi cần biểu diễn lượng chất tan trong một lít dung dịch — đây là đơn vị nồng độ phổ biến nhất trong các bài toán cân bằng, chuẩn độ và động học.

Trong đó

M

nồng độ mol (molarity) — mol/L

n

số mol chất tan — mol

V

thể tích dung dịch — L

m = \htmlClass{fp-0}{\frac{\htmlClass{fp-1}{n}}{\htmlClass{fp-2}{m_{\text{dm}}}}}

Khái niệm này sinh ra từ đâu

1606 (lần đầu xuất hiện trong tiếng Anh; dạng Latin có từ khoảng 1550 hoặc sớm hơn)

Từ "concentration" bắt nguồn từ danh từ Latin hậu cổ điển concentratio, chỉ hành động tụ họp lại về cùng một chỗ; từ này được ghi nhận trong tiếng Latin từ khoảng năm 1550 hoặc sớm hơn và đi vào tiếng Anh năm 1606, trước khi mang nghĩa hóa học quen thuộc ngày nay.

Trước khi trở thành một đại lượng đo được trong phòng thí nghiệm, từ này chỉ đơn giản mô tả việc nhiều thứ rời rạc được gom về một điểm. Dạng Latin hậu cổ điển xuất hiện từ khoảng năm 1550 hoặc sớm hơn, rồi lan sang tiếng Ý và tiếng Tây Ban Nha năm 1589, tiếng Anh năm 1606 và tiếng Pháp năm 1632. Hóa học sau đó mượn lại đúng hình ảnh gom tụ ấy: câu hỏi "trong một thể tích hỗn hợp cho trước có bao nhiêu phần chất ta quan tâm" chính là câu hỏi về mức độ tụ lại của chất đó trong dung dịch. Nhờ vậy một từ vốn thuộc đời sống thường ngày trở thành khái niệm định lượng trung tâm của dung dịch.

Thử nghiệm tương tác

Hay hiểu sai

Nồng độ không phải số mol.

Trộn hai dung dịch thì thể tích cộng lại, nồng độ mỗi chất đều giảm.

Màu chỉ thị cho biết tỉ số hai dạng, không cho biết nồng độ tuyệt đối.

Đường chuẩn quang phổ chỉ đúng khi đã chỉnh gốc bằng dung môi tinh khiết.

Mẹo phòng thi

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Một học sinh pha dung dịch đệm (buffer) bằng cách trộn 50. mL dung dịch axit axetic

\text{HC}_2\text{H}_3\text{O}_2

0,20 M với 50. mL dung dịch natri axetat

\text{NaC}_2\text{H}_3\text{O}_2

0,20 M. Sau đó học sinh thêm 5,0 mL dung dịch NaOH 0,10 M vào hỗn hợp trên. Cho

K_a

của axit axetic bằng

1{,}8 \times 10^{-5}

(tức

\mathrm{p}K_a = 4{,}74

). Giả thiết thể tích cộng được.

aTính nồng độ mol của $\text{HC}_2\text{H}_3\text{O}_2$ và của ion $\text{C}_2\text{H}_3\text{O}_2^-$ ngay sau khi trộn hai dung dịch, trước khi thêm NaOH.
bSau khi thêm NaOH, dạng axetat nào có nồng độ lớn hơn, và pH của dung dịch lớn hơn hay nhỏ hơn 4,74? Tính pH để chứng minh.

1Bước 1: Trước hết phải chuyển từ nồng độ sang số mol, vì chỉ có số mol mới bảo toàn khi trộn, còn nồng độ thì không. Dùng

n = M \times V

với thể tích tính bằng lít:

n(\text{HA}) = 0{,}20 \times 0{,}0500 = 1{,}0 \times 10^{-2}

mol và

n(\text{A}^-) = 0{,}20 \times 0{,}0500 = 1{,}0 \times 10^{-2}

mol. Ở đây

\text{HA}

ký hiệu axit axetic còn

\text{A}^-

ký hiệu ion axetat. Vậy hai cấu tử có số mol bằng nhau.

Bạn nắm chắc chưa?

Quiz câu thật từ ngân hàng đề

Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.

Tạo tài khoản miễn phí

Học tiếp từ đây

Bài học chứa thuật ngữ nàyLực liên phân tử · bài “Dung dịch và hỗn hợp” — khoá AP Chemistry

Cần trướckhái niệm mol dung dịch

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

nồng độ molmolarity

Khác nhau ở đâuNồng độ (concentration) là khái niệm tổng quát chỉ lượng chất tan trong một lượng dung dịch hoặc dung môi nhất định. Nồng độ mol (molarity) là một cách biểu diễn cụ thể, tính bằng số mol chất tan trên mỗi lít dung dịch.

Hay nhầm khiĐề hỏi 'concentration' mà học sinh tính theo khối lượng thay vì số mol, hoặc nhầm đơn vị mol/L với mol/kg

nồng độ molanmolality

Khác nhau ở đâuNồng độ mol (molarity) tính trên thể tích dung dịch (L) nên thay đổi theo nhiệt độ. Nồng độ molan (molality) tính trên khối lượng dung môi (kg) nên độc lập với nhiệt độ, được dùng khi tính tính chất tập hợp.

Hay nhầm khiBài tính độ hạ nhiệt độ đông đặc hoặc độ tăng nhiệt độ sôi mà học sinh dùng molarity thay vì molality

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 14, 17–18.

Dùng trong các bài toán tính chất nghiệm đúng (colligative properties) như độ hạ điểm đông đặc và độ tăng điểm sôi, vì nồng độ molan không phụ thuộc nhiệt độ.

Trong đó

m

nồng độ molan (molality) — mol/kg

n

số mol chất tan — mol

m_{\text{dm}}

khối lượng dung môi — kg

\htmlClass{fp-0}{M_1 V_1} = \htmlClass{fp-1}{M_2 V_2}

Dùng khi pha loãng một dung dịch gốc có nồng độ cao thành dung dịch mới có nồng độ thấp hơn, mà không làm thay đổi tổng số mol chất tan.

Trong đó

M_1

nồng độ mol ban đầu — mol/L

V_1

thể tích dung dịch ban đầu — L

M_2

nồng độ mol sau pha loãng — mol/L

V_2

thể tích dung dịch sau pha loãng — L

Vì sao mang đúng cái tên này? Gốc concentratio mô tả hành động cùng đi đến một nơi, tức là sự dồn về một tâm chung. Ý nghĩa đó giải thích vì sao trong hóa học, nồng độ được định nghĩa là lượng của một cấu tử chia cho tổng thể tích hỗn hợp: càng nhiều chất tan (solute) dồn vào cùng một thể tích thì con số càng lớn. Cũng vì thế mà động từ "to concentrate" nghĩa là làm tăng nồng độ, còn thao tác ngược lại — thêm dung môi (solvent) để hạ nồng độ xuống — được gọi là pha loãng (dilution). Với ký hiệu, dạng thường gặp nhất trong đề thi là $c = n/V$ , trong đó $n$ là số mol chất tan và $V$ là thể tích dung dịch; đây chính là nồng độ mol (molar concentration), một trong nhiều cách diễn đạt định lượng bên cạnh nồng độ khối lượng (mass concentration) và nồng độ theo số hạt.

Bình dung dịch ở mức hạt

Kéo tham số, thấy khái niệm chuyển động — mở khoá bằng tài khoản 0đ.

Tạo tài khoản miễn phí

Viết rõ ba dòng: mol ban đầu, mol phản ứng, mol còn lại.

Khi đề hỏi sai số ảnh hưởng thế nào, phải nói rõ "cao hơn" hay "thấp hơn" và vì sao.

Luôn kiểm tra thể tích nào là thể tích dung dịch cuối cùng.

Tần suất trong đề AP ChemistryThường xuyên

2Bước 2: Sau khi trộn, tổng thể tích là

50 + 50 = 100

= 0{,}100

L, nên mỗi chất bị pha loãng gấp đôi:

[\text{HA}] = [\text{A}^-] = \dfrac{1{,}0 \times 10^{-2}}{0{,}100} = 0{,}10

M. Đây là điểm học sinh hay sai: trộn hai dung dịch cùng 0,20 M không cho dung dịch 0,20 M, vì mẫu số thể tích đã tăng lên. Nồng độ luôn là tỉ số giữa lượng chất tan và thể tích dung dịch chứa nó.

3Bước 3: NaOH là bazơ mạnh nên phản ứng hoàn toàn với

\text{HA}

theo

\text{HA} + \text{OH}^- \rightarrow \text{A}^- + \text{H}_2\text{O}

. Số mol bazơ thêm vào là

n(\text{OH}^-) = 0{,}10 \times 0{,}0050 = 5{,}0 \times 10^{-4}

mol. Do đó lượng axit giảm đi đúng bằng lượng bazơ, còn lượng bazơ liên hợp tăng thêm đúng chừng ấy:

n(\text{HA}) = 1{,}0 \times 10^{-2} - 5{,}0 \times 10^{-4} = 9{,}5 \times 10^{-3}

mol và

n(\text{A}^-) = 1{,}0 \times 10^{-2} + 5{,}0 \times 10^{-4} = 1{,}05 \times 10^{-2}

mol.

4Bước 4: Thể tích cuối là

100 + 5{,}0 = 105

= 0{,}105

L, nên

[\text{HA}] = \dfrac{9{,}5 \times 10^{-3}}{0{,}105} = 0{,}0905

M và

[\text{A}^-] = \dfrac{1{,}05 \times 10^{-2}}{0{,}105} = 0{,}100

M. Vì vậy ion axetat là dạng có nồng độ lớn hơn sau khi thêm bazơ.

5Bước 5: Áp dụng

\mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a + \log\dfrac{[\text{A}^-]}{[\text{HA}]} = 4{,}74 + \log\dfrac{0{,}100}{0{,}0905} = 4{,}74 + 0{,}043 = 4{,}78

. Lưu ý hai cấu tử nằm trong cùng một dung dịch nên cùng thể tích, do đó có thể thay tỉ số nồng độ bằng tỉ số số mol

\dfrac{1{,}05 \times 10^{-2}}{9{,}5 \times 10^{-3}}

và vẫn ra kết quả ấy — thể tích triệt tiêu.

Ngay sau khi trộn, cả axit axetic và ion axetat đều có nồng độ 0,10 M chứ không phải 0,20 M, vì thể tích dung dịch đã tăng gấp đôi. Sau khi thêm 5,0 mL NaOH 0,10 M, một phần axit chuyển thành bazơ liên hợp nên ion axetat có nồng độ lớn hơn ( $0{,}100$ M so với $0{,}0905$ M), và pH của dung dịch bằng khoảng 4,78, tức lớn hơn $\mathrm{p}K_a = 4{,}74$ một chút. Kết quả này thể hiện đúng bản chất của dung dịch đệm: thêm bazơ mạnh chỉ làm pH nhích lên chưa tới 0,05 đơn vị.

2Ví dụ 2/2

Một học sinh cân 4,24 g

\text{Na}_2\text{CO}_3(s)

(khối lượng mol

105{,}99

g/mol), hòa tan hoàn toàn vào nước rồi định mức thành 250,0 mL dung dịch gốc (stock solution). Sau đó học sinh hút chính xác 25,0 mL dung dịch gốc, cho vào bình định mức 100,0 mL và thêm nước cất đến vạch.

aTính nồng độ mol (molarity) của dung dịch gốc.
bTính nồng độ $\text{Na}_2\text{CO}_3$ và nồng độ ion $\text{Na}^+$ trong dung dịch sau khi pha loãng.

1Bước 1: Đổi khối lượng chất tan ra số mol bằng

n = \dfrac{m}{M}

n = \dfrac{4{,}24}{105{,}99} = 0{,}0400

mol. Bước này bắt buộc, vì nồng độ mol đếm số hạt chứ không đếm gam.

2Bước 2: Chia số mol cho thể tích dung dịch tính bằng lít:

M = \dfrac{n}{V} = \dfrac{0{,}0400}{0{,}2500} = 0{,}160

M. Chú ý mẫu số là thể tích của dung dịch sau khi định mức, không phải thể tích nước đã thêm vào.

3Bước 3: Khi pha loãng (dilution), lượng chất tan không đổi mà chỉ thể tích tăng, nên

M_1V_1 = M_2V_2

. Thay số:

M_2 = \dfrac{0{,}160 \times 25{,}0}{100{,}0} = 0{,}0400

M. Vì thể tích tăng gấp bốn nên nồng độ giảm đúng bốn lần, điều này có thể nhẩm ra mà không cần máy tính.

4Bước 4:

\text{Na}_2\text{CO}_3

là chất điện li mạnh, phân li theo

\text{Na}_2\text{CO}_3(aq) \rightarrow 2\,\text{Na}^+(aq) + \text{CO}_3^{2-}(aq)

. Do hệ số của

\text{Na}^+

là 2, ta có

[\text{Na}^+] = 2 \times 0{,}0400 = 0{,}0800

M, còn

[\text{CO}_3^{2-}] = 0{,}0400

M. Nồng độ của một ion vì vậy không nhất thiết bằng nồng độ ghi trên nhãn chai.

Dung dịch gốc có nồng độ 0,160 M. Sau khi hút 25,0 mL và pha loãng thành 100,0 mL, nồng độ $\text{Na}_2\text{CO}_3$ giảm còn 0,0400 M, trong khi nồng độ ion $\text{Na}^+$ là 0,0800 M do mỗi công thức đơn vị cho hai ion natri. Khi trả lời câu hỏi về nồng độ, luôn phải nói rõ đang nói về nồng độ của tiểu phân nào.

Dẫn tớiđịnh luật Beer-Lambert (sắp có)

Liên quansự pha loãng (sắp có)bảng nồng độ ban đầu–biến thiên–cân bằng (sắp có)

Mục tiêu và lộ trình unit xem miễn phí — làm bài tập và lưu tiến độ cần tài khoản 0đ.