Mesaj

Din soluție de 30 % trebuie să rezulte 500 ml de soluție de 5 %. Sună ca un calcul simplu. În practică, însă, erorile apar adesea nu la matematică, ci la măsurare, completare, amestecare sau interpretarea indicației de concentrație.

Mai ales în cazul acizilor și bazelor se adaugă un al doilea aspect: o diluție corectă din punct de vedere al calculului poate fi totuși realizată în condiții nesigure. La amestecare se poate produce căldură, lichidul poate să fiarbă sau să țâșnească.

Acest ghid arată cum să planificați sistematic diluțiile, ce formule ajută cu adevărat în activitatea de laborator și unde se află sursele tipice de eroare.

Cuprins

Ce înseamnă de fapt diluarea?

La diluție, concentrația unei substanțe este redusă prin adăugarea unui diluant adecvat.

În cazul soluțiilor apoase, acesta este adesea:

• apă distilată,
• apă demineralizată,
• Apă ultrapură.

În funcție de aplicație, pot fi folosiți însă și alți solvenți.

Punctul decisiv este:

Cantitatea de substanță dizolvată rămâne aceeași la o diluție simplă – doar volumul total al soluției se modifică.

Din acest motiv, o diluție poate fi calculată matematic.

Un exemplu simplu:

Aveți 100 ml dintr-o soluție concentrată de sare. Dacă adăugați apă, cantitatea de sare conținută nu scade. Aceasta se distribuie doar într-un volum mai mare.

Concentrația scade.

Ce indicații de concentrație există?

Înainte de a calcula o diluție, trebuie să fie clar ce indicație de concentrație este utilizată.

Aceasta este una dintre cele mai frecvente surse de eroare.

Pe etichetele produselor sau în instrucțiunile de laborator se găsesc, de exemplu:

• Valori procentuale,
• mol/l,
• mmol/l,
• g/l,
• mg/l,
• ppm,
• Fracții masice,
• Fracții volumice.

Aceste valori nu trebuie echivalate în mod arbitrar unele cu altele.

procent masic

O indicație precum:

20 % m/m

înseamnă:

20 g de substanță se află în 100 g de soluție.

Mărimea de referință este așadar masa, nu volumul.

procent volumetric

O indicație precum:

70 % V/V

înseamnă, simplificat:

70 ml dintr-un component lichid la 100 ml soluție – cu condiția ca definiția de bază și metoda de preparare să fie stabilite în mod corespunzător.

Această indicație se întâlnește frecvent, de exemplu, la amestecurile lichide.

Masă pe volum

O indicație precum:

5 % m/V

corespunde:

5 g de substanță la 100 ml de soluție preparată.

Concentrația molară

O indicație precum:

1 mol/l

înseamnă că un mol din substanța respectivă este raportat la un litru de soluție.

Exact de aceea, afirmația „Am o soluție de 20 %“ nu este întotdeauna suficientă pentru un calcul corect. Mai întâi trebuie clarificat ce tip de indicație procentuală este vizat.

Cea mai importantă formulă de diluție: c₁ × V₁ = c₂ × V₂

Pentru multe diluții de laborator este suficientă o formulă:

c₁ × V₁ = c₂ × V₂

În acest caz:

• c₁ = concentrația soluției inițiale
• V₁ = volumul necesar de soluție inițială
• c₂ = concentrația finală dorită
• V₂ = volumul final dorit

Se caută adesea V₁.

Atunci formula transformată este:

V₁ = (c₂ × V₂) / c₁

Exemplu: diluare de la 30 % la 5 %

Doriți să preparați 500 ml dintr-o soluție de 5 % pornind de la o soluție inițială de 30 %.

Calcul:

V₁ = (5 × 500 ml) / 30

V₁ = 83,3 ml

Așadar, prin calcul, aveți nevoie de:

83,3 ml soluție inițială

Apoi se completează cu diluantul adecvat până la un volum final de 500 ml.

Această ultimă propoziție este importantă.

Nu înseamnă automat:

83,3 ml concentrat + 416,7 ml apă.

În lucrările de laborator precise, soluția inițială se pune într-un vas de măsurare adecvat și apoi se aduce până la marcajul volumului final.

Formula de diluție c₁V₁ = c₂V₂ este folosită și de Merck în calculatorul său actual de diluție pentru soluții.

Calcularea corectă a factorului de diluție

O a doua mărime importantă este factorul de diluție.

Se calculează astfel:

Factor de diluție = volum final / volum inițial

Exemplu:

10 ml de probă se aduc la un volum total de 100 ml.

Factor de diluție:

100 ml / 10 ml = 10

Așadar, proba a fost diluată cu un factor de 10.

La o analiză ulterioară, valoarea măsurată trebuie luată în considerare în mod corespunzător cu factorul de diluție.

Merck descrie exact această procedură pentru diluții analitice și recomandă, la factori de diluție mai mari, dacă este cazul, o diluție în mai multe etape.

Diluarea corectă a soluțiilor procentuale

Pentru valori procentuale, formula c₁V₁ = c₂V₂ funcționează direct numai dacă concentrația inițială și cea finală se bazează pe aceeași definiție a concentrației.

Exemplu: de la 20 % la 4 %

Dorit:

250 ml dintr-o soluție de 4 %.

Disponibil:

Soluție inițială de 20 %.

Calcul:

V₁ = (4 × 250 ml) / 20

V₁ = 50 ml

Așadar, sunt necesare:

50 ml soluție inițială

Apoi se aduce la:

250 ml volum final

Adus la volum.

Factorul de diluție este:

250 / 50 = 5

Așadar, este vorba despre o diluție de cinci ori.

Atenție la acizii concentrați

La acizii concentrați, concentrația este adesea indicată ca procent masic.

Un acid clorhidric cu, de exemplu, 37 % nu înseamnă automat 37 mol/l și nici 37 ml de clorură de hidrogen la 100 ml de soluție.

Dacă trebuie calculată o concentrație molară dintr-o indicație de procent masic, trebuie cunoscută în plus densitatea soluției.

Merck subliniază că densitatea, concentrația masică și molaritatea unei soluții sunt corelate între ele în funcție de temperatură.

Molaritate și concentrația cantității de substanță

În laboratoarele analitice și chimice se lucrează frecvent cu concentrația cantității de substanță.

Un exemplu:

1 mol/l NaOH

înseamnă că un litru de soluție finală conține o cantitate de substanță de un mol de hidroxid de sodiu.

Dacă există deja o soluție concentrată cu molaritate cunoscută, se poate folosi din nou formula:

c₁ × V₁ = c₂ × V₂

se utilizează.

Exemplu: de la 2 mol/l la 0,5 mol/l

Aveți nevoie de:

500 ml de soluție 0,5-molară.

Soluție inițială:

2 mol/l.

Calcul:

V₁ = (0,5 mol/l × 500 ml) / 2 mol/l

V₁ = 125 ml

Aveți nevoie, așadar, de:

125 ml de soluție inițială 2-molară

și apoi completați până la:

500 ml volum final

până la.

Înțelegeți corect diluțiile 1:2, 1:5 sau 1:10

Raporturi precum 1:2 sau 1:10 provoacă în mod regulat neînțelegeri.

De aceea ar trebui verificat întotdeauna cum definește producătorul sau instrucțiunea de lucru raportul.

În multe aplicații de laborator, o diluție 1:10 înseamnă:

1 parte probă la 10 părți volum total

deci, de exemplu:

1 ml de probă + diluant până la un volum total de 10 ml.

Aceasta corespunde:

• 1 ml de probă
• 9 ml de diluant

Merck folosește pentru o diluție 1:10, de exemplu, exact acest raport și descrie un factor de diluție de 10.

De ce apar confuzii?

În afara laboratorului, „1:10” este uneori folosit și ca:

1 parte concentrat + 10 părți apă

înțeles.

Atunci rezultă în total 11 părți.

Din punct de vedere matematic, nu este același lucru.

De aceea, o instrucțiune de lucru ar trebui formulată cât mai clar posibil.

Mai bine:

Se completează 10 ml de concentrat până la un volum total de 100 ml

în loc doar:

Diluați 1:10

Diluții în mai multe etape

Diluțiile foarte mari nu ar trebui adesea preparate într-o singură etapă.

Exemplu:

Aveți nevoie de o diluție cu factorul 1000.

Teoretic, s-ar putea:

Se completează 0,1 ml de probă până la 100 ml.

Practic, acest lucru poate fi problematic, deoarece un volum inițial foarte mic cauzează erori de pipetare relativ mari.

O soluție mai bună este diluția serială.

De exemplu:

Pasul 1

Se completează 10 ml de soluție inițială până la 100 ml.

Factor de diluție:

10

Pasul 2

Se completează din nou 10 ml din această soluție până la 100 ml.

Factor total:

10 × 10 = 100

Pasul 3

Se completează din nou 10 ml din această soluție până la 100 ml.

Factor total:

10 × 10 × 10 = 1000

Factorii de diluție se înmulțesc între ei.

Merck recomandă de asemenea, pentru lucrările analitice cu factori de diluție foarte mari, o abordare în mai multe etape, pentru a obține rezultate mai fiabile.

De ce nu ar trebui să se adune pur și simplu volumele

O eroare de raționament frecventă este:

Am nevoie de 100 ml de soluție.

Deci amestec:

20 ml concentrat + 80 ml apă.

Pentru aplicații tehnice simple, această aproximare poate fi suficientă în funcție de substanță.

În cazul lucrului de laborator precis, aceasta este totuși problematică.

La amestecarea diferitelor lichide, volumele se pot modifica. Prin urmare, volumul total nu trebuie să corespundă exact sumei volumelor inițiale individuale.

De asemenea, modificările de temperatură la amestecare influențează volumul.

De aceea, pentru soluții precise se lucrează cu un balon volumetric:

1. Introduceți cantitatea calculată de soluție inițială.
2. Adăugați o parte din diluant.
3. Dacă este necesar, lăsați să se răcească.
4. Abia după aceea completați exact până la marcajul de calibrare.
5. Amestecați bine.

Merck recomandă pentru diluții analitice fiabile baloane volumetrice și pipete adecvate și subliniază că, după completarea până la marcaj, trebuie amestecat temeinic.

Diluați în siguranță acizii și bazele

În cazul acizilor și bazelor, un calcul corect nu este suficient.

Diluarea poate fi puternic exotermă. Aceasta înseamnă:

La amestecare se degajă căldură.

Cu cât substanța chimică este mai concentrată și cu cât cantitatea utilizată este mai mare, cu atât încălzirea poate fi mai puternică.

Posibilele consecințe sunt:

• încălzire puternică a soluției,
• Fierbere,
• Stropi,
• Eliberare de vapori sau cețuri,
• Deteriorarea vaselor neadecvate.

BAuA subliniază că la transvazarea și îmbutelierea acizilor și bazelor pot fi eliberate atât picături, cât și vapori, și pot fi necesare măsuri tehnice de protecție corespunzătoare.

Adăugați acid concentrat în apă – nu invers.

În cazul multor diluări clasice de acizi se aplică cunoscuta regulă de siguranță:

Mai întâi apa, apoi adăugați acidul încet.

Motivul este degajarea de căldură.

Dacă o cantitate mică de apă este turnată peste o cantitate mai mare de acid concentrat, stratul superior de apă se poate încălzi foarte repede și se poate evapora brusc. În acest caz, acidul poate stropi.

Dacă, dimpotrivă, acidul este adăugat încet într-o cantitate mai mare de apă, căldura generată se poate distribui mai bine.

Totuși, se aplică:

Această regulă nu înlocuiește niciodată informațiile din fișa cu date de securitate a produsului concret.

Înainte de diluare, trebuie verificate în special:

• Secțiunea 2: Pericole,
• Secțiunea 7: Manipulare,
• Secțiunea 8: echipament individual de protecție,
• Secțiunea 10: Reactivitate.

BAuA consideră fișele cu date de securitate o sursă centrală de informații pentru utilizatorii de substanțe chimice.

Lucrați încet.

Acizii și bazele concentrate trebuie adăugate controlat și în porții.

Nu:

• turnați rapid,
• amestecați într-un vas închis,
• țineți fața deasupra vasului.

La cantități mai mari poate fi necesară suplimentar o răcire externă.

Urmăriți temperatura

După diluare, soluția nu trebuie ajustată imediat la volumul final dacă s-a încălzit semnificativ.

De ce?

Lichidele calde au un volum diferit față de cele răcite.

Pentru o soluție exactă, prin urmare:

1. premixat,
2. lăsat să se răcească,
3. abia apoi se completează exact până la volumul final.

Ce aparate de laborator sunt potrivite pentru diluții exacte?

Precizia unei diluții nu depinde doar de calcul.

Cel puțin la fel de important este instrumentul de măsurare utilizat.

Balon volumetric

Un balon volumetric este destinat preparării unui volum final definit.

Mărimile tipice sunt:

• 50 ml,
• 100 ml,
• 250 ml,
• 500 ml,
• 1000 ml.

Pentru diluții precise, acesta este clar superior unui pahar de laborator.

Pipetă volumetrică

O pipetă volumetrică servește la transferul precis al unui volum strict definit.

De exemplu:

10,00 ml sau 25,00 ml.

Pipetă gradată

Permite volume diferite, dar, în funcție de construcție și aplicație, poate fi mai puțin exactă decât o pipetă volumetrică corespunzătoare.

Pipetă cu piston

Este potrivită în special pentru volume mai mici.

Este esențial ca volumul dorit să se afle în intervalul de lucru adecvat al pipetei.

Cilindru gradat

Un cilindru gradat este potrivit pentru multe lucrări tehnice și orientative.

Pentru analize cantitative de înaltă calitate, acesta este totuși, de obicei, mai puțin precis decât baloanele volumetrice și pipetele volumetrice.

Pahar de laborator

Scala unui pahar de laborator servește în principal orientării.

Un pahar de laborator nu este, prin urmare, un instrument de măsurare adecvat atunci când concentrația trebuie ajustată exact.

Ce apă este potrivită pentru diluare?

De asemenea, diluantul poate influența rezultatul.

În funcție de aplicație, sunt adecvate:

• apă distilată,
• apă demineralizată,
• apă complet demineralizată,
• Apă ultrapură.

Pentru aplicații tehnice simple, apa demineralizată poate fi suficientă.

Pentru analize sensibile, în schimb, chiar și cantități mici de:

• ioni,
• compuși organici,
• metale,
• microorganisme

a fi problematice.

Pentru diluții analitice, Merck recomandă, de exemplu, apă distilată sau apă complet demineralizată.

Calitatea apei necesare ar trebui, prin urmare, să fie stabilită în funcție de metoda de măsurare.

Greșeli tipice la diluare

Verificarea incorectă a procentelor

20 % m/m și 20 % V/V nu sunt același lucru.

Înainte de orice calcul, definiția concentrației trebuie să fie cunoscută.

Confundarea volumului final cu volumul de apă

„A completa la 500 ml” nu înseamnă:

Adăugați 500 ml de apă.

Se înțelege:

adăugați suficient diluant până când volumul total este de 500 ml.

Interpretarea greșită a raportului 1:10

1 parte probă + 10 părți apă nu dă aceeași diluție ca 1 parte probă la 10 părți volum total.

Instrucțiunile de lucru ar trebui, prin urmare, formulate fără echivoc.

Măsurarea exactă cu un pahar de laborator

Paharele de laborator sunt potrivite pentru amestecare, dar nu pentru ajustarea precisă a unui volum.

Pipetarea unor volume foarte mici

Dacă, de exemplu, sunt necesari 0,05 ml, eroarea relativă de măsurare poate deveni mare.

O diluție serială este adesea mai precisă.

Neamestecarea după aducerea la volum

Dacă balonul cotat este pur și simplu lăsat, concentrația din interiorul soluției poate fi inițial distribuită neuniform.

După aducerea la volum, soluția ar trebui omogenizată temeinic.

Completarea soluției fierbinți direct până la marcaj

După o diluție puternic exotermă, volumul poate fi alterat de temperatura ridicată.

Pentru lucrări precise, soluția ar trebui adusă la temperatura prevăzută înainte de aducerea finală la volum.

Amestecarea acidului și apei în ordine greșită

La acizii concentrați, o ordine nefavorabilă de adăugare poate duce la stropire puternică.

Respectați întotdeauna fișa cu date de securitate și instrucțiunile de lucru concrete.

Uitarea echipamentului individual de protecție

O diluție simplă din punct de vedere matematic poate fi periculoasă din punct de vedere chimic.

În funcție de produs, pot fi necesare:

• ochelari de protecție,
• protecție facială,
• mănuși rezistente la substanțe chimice,
• Halat de laborator sau îmbrăcăminte de protecție,
• Aspirare.

Preiați concentrația din numele produsului

Aceeași substanță chimică poate fi vândută în concentrații diferite.

Prin urmare, înainte de calcul trebuie verificate eticheta, specificația și fișa cu date de securitate ale lotului sau variantei de produs utilizate efectiv.

Listă de verificare practică înainte de diluare

Înainte de a începe, verificați:

• Ce concentrație inițială are produsul?
• Este vorba despre m/m, V/V, m/V sau mol/l?
• Ce concentrație finală este necesară?
• Ce volum final trebuie preparat?
• Se poate aplica c₁ × V₁ = c₂ × V₂ pentru aceste indicări ale concentrației?
• Pentru o conversie, trebuie luată în considerare suplimentar densitatea?
• Ce diluant este potrivit?
• Ce calitate a apei necesită aplicația?
• Ce vas de măsurare asigură precizia necesară?
• Are sens o diluție într-o singură etapă?
• Ar fi o diluție serială mai precisă?
• Se degajă căldură la amestecare?
• Ce ordine de adăugare prevede fișa cu date de securitate?
• Ce echipament individual de protecție este necesar?
• Trebuie să se lucreze sub aspirare?
• Trebuie să se răcească soluția înainte de aducerea finală la volum?
• A fost amestecată temeinic soluția finală?
• Trebuie documentată sau etichetată diluția?

O diluție fiabilă constă, prin urmare, din trei pași:

calculează corect, măsoară corect și amestecă corect.

Formula este adesea partea cea mai simplă. În practică, indicarea corectă a concentrației, instrumentele adecvate de măsurare a volumului, temperatura și tehnica de lucru decid dacă la final rezultă într-adevăr soluția dorită.