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 VC ; [Nồng độ của dung dịch đậm đặc] là MC ; [Thể tích của dung dịch pha loãng] là VD ; [Nồng độ của dung dịch pha loãng] là MD :
Chúng ta thu được công thức dưới đây: VC MC = VD MD
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%.