pha các dung dịch thường dùng trong phòng thi nghiệm

Trang 1 / 2

 Trong lĩnh vực Hóa Học, từ các thí nghiệm đơn giản trong phòng thí nghiệm cho đến các đề tài nghiên cứu, đều yêu cầu chuẩn bị các dung dịch cơ bản cần thiết. Mới nghe thì bất cứ sinh viên Hóa Học nào cũng cho là những việc đơn giản, thậm chí nhắm mắt cũng có thể làm được, nhưng để chuẩn bị một dung dịch nào đó theo yêu cầu của công việc đòi hỏi sự tinh khiết và tính chính xác cao thì chúng ta phải tiến hành chuẩn bị chúng rất cẩn thận. Dưới đây là một vài thuật ngữ thường dùng.

Chất tan: Chất có khả năng hòa tan trong dung dịch.

Dung môi: Chất dùng để hòa tan một chất khác thành dung dịch. Đường ăn hòa tan trong nước thì nước là dung môi dùng để hòa tan đường, còn đường là chất tan.

Dung dịch: Một hỗn hợp của 2 hay nhiều chất tinh khiết. Trong một dung dịch một chất tinh khiết được hòa tan đồng ly bởi một chất tinh khiết khác. Ví dụ, trong dung dịch nước đường thì hàm lượng đường được phân bố đồng đều trong dung dịch, và đó là một dung dịch đồng ly.

Mol: Một đơn vị khối lượng được dùng trong Hóa Học. Thuật ngữ này đề cập đến một số lượng rất lớn các hạt cơ bản (nguyên tử, phân tử, ion, electron...vv..) của một chất bất kỳ. Một mol có khoảng 6.02 x 10²³ hạt cơ bản của một chất nào đó (số Avogadro).

Dung dịch chuẩn: Nhiều dung dịch được dùng trong lĩnh vực phân tích mà nồng độ của chúng cần được xác định một cách chính xác (đến các chữ số có nghĩa thích hợp). Chúng có thể được chuẩn bị bằng cách cân một lượng xác định chất rắn tinh khiết rồi pha thành dung dịch với thể tích xác định hoặc bằng cách chuẩn độ bằng một dung dịch chuẩn khác có nồng độ xác định không đổi. Tóm lại dung dịch chuẩn là một dung dịch có nồng độ xác định và không bị biến tính theo thời gian.

Độ chính xác và các chữ số có nghĩa: Nếu một dung dịch được pha từ 2.5 g chất rắn (+/- 0.1g) và ta biết rằng con số này có 2 chữ số có nghĩa và nồng độ của nó cũng có thể là số có hai chữ số có nghĩa chẳng hạn như 1.5 M hay là 0.15 M... Nếu chất rắn được cân là 2.50 g (+/- 0.01g) ta biết rằng nồng độ của dung dịch cũng có thể chứa đến 3 chữ số có nghĩa chẳng hạn như: 1.50 M hay là 0.150 M. Nếu khối lượng chất tan là 2.500 g (+/- 0.001g) thì nồng độ của dung dịch có thể có 4 chữ số có nghĩa chẳng hạn 1.500 M hoặc là 0.1500 M.

Tại sao chúng ta lại quan tâm đến các chữ số có nghĩa. Việc xác định các chữ số có nghĩa giúp bạn xác định độ chính xác của mẫu cân. Trong các lớp học phổ thông thì việc xác định các chữ số có nghĩa thì không mấy ai để ý nhưng trong các phòng thí nghiệm phân tích việc xác định mức độ chính xác của mẫu là rất quan trọng. Để cân mẫu chính xác bạn nên sử dụng các loại cân điện tử phù hợp cho công việc của bạn đòi hỏi. Cân có độ chính xác càng sao thì giá thành sẽ càng cao. Khi bạn cân với hàm lượng mẫu lớn thì sẽ có ít sai số hơn. Pha một lượng lớn dung dịch mẫu, cất vào kho rồi dùng từ từ, như vậy sẽ tiết kiệm được công sức của bạn vừa lại tránh được các sai sót.

Các hóa chất thường dùng để chuẩn bị dung dịch mẫu được liệt kê dưới đây:

Hóa chất	Phân tử khối	Độ tinh khiết	Ứng dụng
Natri Cacbonat	105.99	99.9%	Axít
Kali HydroPhtalat	204.23	99.9	bazơ
Kali Dicromat	294.22	99.9	Tác nhân khử
Kali Iotdat	214.01	99.9	Natri thiosulfat
NaCl	58.45	99.9	Bạc nitrat
EDTA dinatri, dihydrat	372.25	99.0	Muối kim loại

Các hóa chất thông thường : Các hóa chất thông thường là các hóa chất hay được dùng trong các trường trung học, mà độ chính xác của các chất này không được quan tâm vì ít nhiều nó cũng không làm ảnh hưởng đến các thí nghiệm đơn giản, như chỉ thị màu axít bazơ. Yêu cầu duy nhất của chúng là làm sao để học sinh thấy được sự đổi màu, sủi bọt khi phản ứng xảy ra...vv...

Các dung dịch Stock: Một dung dịch stock là một dung dịch có nồng độ tương đối cao (dung dịch chuẩn hay không chuẩn) mà nó có thể cất trữ được trong một thời gian tương đối lâu, chỉ pha loãng khi nào dùng đến. Việc chuẩn bị các dung dịch stock có thể tiết kiệm được rất nhiều thời gian của bạn.

Chuẩn bị các dung dịch.

Nhiều phản ứng hóa học xảy ra trong dung dịch mà  trong đó chúng ta đã biết hàm lượng của các chất phản ứng. Điều này có thể liên quan đến việc cân một hàm lượng chính xác của một chất ở điều kiện khô ráo hoặc là đong một lượng chất lỏng chính xác. Chuẩn bị các dung dịch một cách chính xác sẽ an toàn hơn và cơ hội thành công cũng cao hơn.

Pha dung dịch theo tỉ lệ phần trăm về khối lượng.

     Công thức:

Phần trăm khối lượng C% = [Khối lượng chất tan(g) / Thể tích của dung dịch (ml)] x 100

     Ví dụ 1:

Một dung dịch 10% NaCl có 10g NaCl hòa tan trong 100ml dung dịch.

     Cách làm:

Cân 10g NaCl đổ vào ống đong hay bình định mức có chứa khoảng 50ml nước. Lắc đều cho NaCl tan hết sau đó thêm nước đến vạch 100ml. Chú ý: Đừng bao giờ lấy rót đầy nước vào ống đong đến vạch 100ml rồi sau đó mới cho NaCl vào. Vì nếu làm như thế thể tích dung dịch sẽ bị thay đổi do đó thành phần phần trăm khối lượng chất tan trong dung dịch có thể nhỏ hơn so với yêu cầu. (Về mặt vật lý thì quá trình hòa tan muối vào nước không làm thay đổi thể tích cuối của dung dịch nhưng cũng có thể xảy ra với một số chất khác, do đó bạn nên làm đúng cách vẫn hơn.)

Pha dung dịch theo tỉ lệ phần trăm về thể tích

Khi chất tan của bạn là chất lỏng, đôi khi chúng ta phải pha chế các dung dịch theo tỉ lệ phần trăm về thể tích.

     Công thức

Tỉ lệ theo phần trăm thể tích V% = [Thể tích chất tan (ml) / Thể tích của dung dịch (ml)] x 100

     Ví dụ 2:

Pha 100ml có chứa 5% etylen glycol về thể tích.

     Cách làm

Trước hết, biểu diễn thành phần phần trăm của chất tan dưới dạng một số thập phân 5% = 0.05. Sau đó nhân số này với tổng thể tích của dung dịch chúng ta sẽ thu được thể tích của chất tan cần thiết: 0.05 x 100 = 5ml (etylen glycol).

Đong ra 5ml etylen glycol rồi đổ vào bình định mức sau đó thêm nước cho đến vạch 100ml.

Pha dung dịch theo số mol cho trước

Nồng độ mol là một đơn vị rất hữu hiệu dùng để đánh giá hàm lượng chất tan trong dung dịch và đồng thời nó là một yếu tố dùng để tính thể tích (một tính chất dễ đo lường của dung dịch) cần thiết của chất tan qua việc chuyển đổi số mol của chất tan.

Nồng độ mol M = [Số mol chất tan / Một lít dung dịch]

Bây giờ chúng ta xem thử, tiến hành chuẩn bị dung dịch với nồng cho trước như thế nào nhé.

     Ví dụ 3:

Giả sử rằng bạn đang làm một thí nghiệm và cần dùng đến các dung dịch sau: 0.5M Na₂CO₃ , 1.5M HCl. Dung dịch Na₂CO₃ sẽ được pha từ Na₂CO₃ tinh khiết dạng rắn và dung dịch HCl được pha loãng từ HCl đậm đặc.

Đối với Na₂CO₃ :

 Trước hết bạn phải cân đủ khối lượng của Na₂CO₃

 Pha chất rắn với một thể tích nước nhỏ hơn thể tích dung dịch mong muốn.

 Pha loãng dung dịch đến thể tích cần dùng.

Giả sử bạn cần 250ml dung dịch Na₂CO₃ 0.5M. Trước hết cần tính khối lượng cần thiết của Na₂CO₃ cần cho 250ml dung dịch:

Số gam Na₂CO₃ cần = [(250ml/1000ml) x 0.5 mol Na₂CO₃ x 105.989 g Na₂CO₃] = 13.2 g Na₂CO₃

Trong đó 105.989 g là khối lượng phân tử của Na₂CO₃

 Cân 13.2 g Na₂CO₃ rồi đổ vào bình định mức.

 Thêm ít nước đủ để hòa tan chất rắn.

 Thêm nước cho đến vạch 250ml.

Như vậy từ ví dụ trên chúng ta thu được công thức tổng quát cho bài toán pha dung dịch với nồng độ và thể tích cho trước như sau:

m(g) chất tan = [thể tích dung dịch(ml) / 1000ml] x [Nồng độ mol của dung dịch] x [Khối lượng phân tử của chất tan]
 

Đối với HCl:

Thật khó để mà pha dung dịch HCl từ khí Hydrochlorua, các kỹ thuật viên phòng thí nghiệm thường mua dung dịch axít HCl đậm đặc về pha loãng. Axít HCl dùng trong các phản ứng thường có nồng độ từ 1 đến 6M. 

HCl đậm đặc thường chứa khoảng 35-37% khối lượng Hydroclorua hòa tan vào nước và có khối lượng riêng là 1.18g/ml.

Như vậy 1000ml HCl đậm đặc có khối lượng riêng là 1.18g/ml thì sẽ có khối lượng là 1000 x 1.18 = 1,180g. 1000ml HCl đậm đặc có chứa [35/100] x 1,180 = 413g HCl; Phân tử lượng của HCl = 1.008 + 35.5 = 36.508 ~ 36.5g/mol vậy nồng độ của nó sẽ là: 413/36.5 = 11.3 M

Bằng cách tương tự chúng ta có thể tính toán được cho một số axít thường dùng như dưới đây:

Phương pháp chung là:

 Từ khối lượng riêng tìm ra khối lượng của một 1000ml dung dịch axít.

 Từ hàm lượng % có thể tính được khối lượng của axít/1000ml.

 Tìm nồng độ mol của axít bằng cách chia cho phân tử khối của nó.

Axít	Phân tử khối g/cm3	Khối lượng riêng (g/ml)	Hàm lượng %	Nồng độ
HCl	36.5	1.18	35	11.3
HNO3	63.0	1.42	70	15.8
H2SO4	98.1	1.84	98	18.4
CH3COOH	60	1.05	100	17.5
NH3	17	0.89	35	18.3

Các phương thức pha loãng có hơi khác nhau một chút là các axít hoàn toàn tinh khiết, giống như sulfuric axít đậm đặc có chứa khoảng 95 – 98% H₂SO₄. Ở đây chúng ta ngầm hiểu rằng các axít đậm đặc cũng chứa một lượng nước đáng kể nào đó.

Trở lại với ví dụ 3 ở trên: Giả sử chúng ta muốn pha 500ml dung dịch HCl 1.5M từ HCl đậm đặc. Chúng ta biết là HCl đậm đặc có nồng độ là 11.3M, như vậy trước hết chúng ta lập hai tỉ số:

500ml HCl 1.5 M     [1.5 mol HCl loãng / 1000 ml HCL loãng]     [12 mol HCl đậm đặc / 1000ml HCl đậm đặc]

Mỗi nồng độ được viết thành một tỉ số và có đơn vị rõ ràng để xác định đâu là dung dịch tinh khiết đâu là dung dịch đã pha loãng.

Số ml HCl đậm đặc cần để pha loãng = 500ml HCL loãng x  [1.5 mol HCl loãng / 1000 ml HCL loãng] x  [1000ml HCl đậm đặc /12 mol HCl đậm đặc /] = 66.4 ml HCl đậm đặc

 Đong ra 66.4 ml HCl đậm đặc đổ vào bình định mức 500ml có chữa sẵn một lượng nước đáng kể để pha loãng axít.

35172-Sao Lai Nhan Nham May Anh-Lam Chan Huy


Thêm nước vào đến vạch định mức 500ml

Ngoài ra còn có một cách giải quyết khác cho bài toán pha loãng này. Khi một lượng axít đậm đặc được pha loãng bằng nước thì hàm lượng axít sẽ không thay đổi trước và sau khi pha loãng. Do đó số mol của axít trong dung dịch đậm đặc và dung dịch sau khi đã pha loãng phải bằng nhau. Do đó chúng ta có phương trình.

[Số mol của chất tan trong dung đậm đặc] = [Số mol của chất tan trong dung dịch pha loãng]

Số mol của chất tan có thể tính bằng tích của nồng độ mol và thể tích của dung dịch:

Như vậy chúng ta sẽ có: [Thể tích dung đậm đặc] x [Nồng độ của dung dịch đậm đặc] = [Thể tích của dung dịch pha loãng] x [Nồng độ của dung dịch pha loãng]

Gọi [Thể tích dung đậm đặc] là V_C ; [Nồng độ của dung dịch đậm đặc] là M_C ; [Thể tích của dung dịch pha loãng] là V_D ; [Nồng độ của dung dịch pha loãng] là M_D :

Chúng ta thu được công thức dưới đây: V_C M_C = V_D M_D

Tất nhiên là bạn biết nên làm gì với phương trình này để tìm ra thể tích của chất tan cần để pha dung dịch.

Lưu trữ các dung dịch

Các lọ nhựa có nắp rất thích hợp cho việc cất trữ các dung dịch stock, các lọ nhựa cũng an toàn hơn thủy tinh khi chúng va chạm vào nhau. Bạn nên dùng lọ bằng nhựa để đựng các dung dịch kiềm, vì kiềm ăn mòn thủy tinh. Với các dung dịch mà bạn cất trữ một thể tích tương đối nhiều thì nên dùng bình nước khoáng 20L đã dùng để đựng chúng vì sau này khi dùng đến, bạn sẽ rót ra dễ dàng hơn vì các bình nước khoáng này có vòi. Các lọ hay bình chứa dung dịch nên được gián nhãn và ghi chú cẩn thận.

Cảnh báo

Axít

Các axít đậm đặc đều ít nhiều có tính ăn mòn do đó khi thao tác bạn nên thận trọng. Nên mang bao tay bằng nylon thay vì dùng bao tay y tế bán ngoài cửa hàng thiết bị y tế. Sau khi rót axít xong nên dùng khăn ướt lau sạch miệng chai. Đong axít bằng ống đong hoặc pipet (có quả bóp), sau khi dùng xong nhúng ống đong hoặc pipet vào chậu rửa chứa đầy nước, không nên rót nước trực tiếp vào ống đong để rửa.

Dung dịch NaOH, KOH

NaOH ở dạng rắn hay dạng lỏng đậm đặc đều có tính ăn mòn khá cao, thậm chí NaOH loãng cũng có tác dụng rất xấu đến mắt. Nên khi pha các dung dịch kiềm như NaOH, KOH bạn nên tiến hành trong tủ hút, nhớ đeo găng tay và mặt nạ bảo vệ, bật quạt tủ hút khoảng 10-15 phút sau đó mới lấy ra rót vào bình chứa. Một điều đáng chú ý là bạn nên đổ các chất rắn của kiềm vào nước một cách từ từ vì chúng rất háu nước.

Dung dịch Hydroperoxit

H₂O₂ bán trên thị trường hiện nay thường chứa khoảng 30% hoặc là '20 volume' thường có xuất xứ từ Trung Quốc. Như vậy những thông số này là gì? và làm sao chúng ta có thể có được 20 phần thể tích từ dung dịch H₂O₂ đậm đặc 30%. Chúng ta cần biết '20 volume' là gì? Nó có nghĩa là 1cm³ dung dịch sẽ cho ra 20cm³ khí Oxy. Như vậy có lượng khí là bao nhiêu trong mỗi cm³ H₂O₂ 30%.

Khối lượng riêng của H₂O₂ là 1.10g/cm³ như vậy 1000ml dung dịch có khối lượng là 1,100g và do đó nó chứa [30/100]x 1,100g = 330g H₂O₂.

Phân tử khối của H₂O₂ là 34g/mol. Vậy nồng độ mol của dung dịch 30% sẽ là: 330/34 = 9.7M.

Phương trình phân hủy:

H2O2	=	H2O	+	1/2 O2
1mol				½ mol
9.7mol				4.85mol
1000cm3				? cm3 khí

Một mol khí Oxy ở điều kiện tiêu chuẩn (standard temperature and pressure) chiếm 22.4 dm³ = 22400 cm³. Do đó 4.85mol sẽ chiếm thể tích là 108,640cm³. Và 1cm³ H₂O₂ 30% cho ra 108,640/1000 cm³ khí Oxy =108 cm³ = '100 phần thể tích' hay 100 volume. Nên muốn có dung dịch H₂O₂ '20 volume' chúng ta cần pha loãng 5 lần bình đựng 1000 cm³ H₂O₂ 30%.