Содержание перекиси в водном растворе

В качестве исходных данных используется массовая доля и объем раствора (когда вы покупаете пузырек перекиси в аптеке, во вкладыше обычно указано что-то вроде "Массовая доля перекиси водорода, % - 2,7 - 3,3", а на самом пузырьке указан объем - 100 мл). Помимо объемной концентрации, калькулятор рассчитывает массы и объемы чистых веществ - перекиси водорода и воды, и показатель контракции (сжатия), характеризующий неаддитивное изменение объема (и, соответственно, плотности) смеси жидкостей. Подробнее о контракции и формулах расчета можно прочитать под калькулятором.

Обратите внимание: все расчеты построены на справочных данных для 18°C.

Содержание перекиси в водном растворе

Массовая доля перекиси водорода, %

Объем раствора перекиси водорода, мл

Рассчитать

Масса перекиси водорода, г

 

Масса воды, г

 

Масса раствора, г

 

Объемная концентрация, %

 

Объем перекиси водорода до смешивания, мл

 

Объем воды до смешивания, мл

 

Суммарный объем чистых веществ, мл

 

Контракция, %

 

Точность вычисления

Знаков после запятой: 2

 Ссылка  Сохранить  Виджет

Контракция и переход от процентов по массе к процентам по объему

Явление контракции известно уже довольно давно. Теме уменьшения суммарного объема спиртового раствора по сравнению с исходными объемами воды и этилового спирта была посвящена докторская диссертация Менделеева, в которой он исследовал изменение удельного веса растворов спирта от его концентрации и температуры. Считается, что причиной этого явления является образование соединений на основе молекул растворенного вещества и молекул растворителя - сольватов, или гидратов (в случае воды), обусловленное электростатическим взаимодействием для полярных веществ, либо водородной связью для неполярных веществ.

Кстати сказать, вот как раз объем идеального раствора равен сумме исходных объемов его компонент, и его плотность будет просто отношением суммы масс к сумме объемов. Плотность реального раствора, в силу его меньшего объема при той же массе, соответственно, больше, чем плотность идеального раствора.

Более того, плотность раствора нелинейно зависит от концентрации растворенного вещества. Это связано с составом образующихся в растворе гидратов. Например, этиловый спирт, в зависимости от концентрации, может образовывать три типа гидратов - с 12-ю присоединенными молекулами воды, с 3-мя, и с 1-ой¹.

Переход от массовой доли вещества в растворе к объемной концентрации вещества в растворе требует знания плотности раствора (как известно объем и масса связаны через плотность). И здесь приходится полагаться на эмпирические данные зависимости плотности раствора от концентрации растворенного вещества. На помощь нам придут химические справочники, в частности, справочник молодого аппаратчика-химика 1991 года², страница 144, таблица 7.6. График ниже отображает зависимость плотности раствора пероксида водорода от его массовой концентрации (или массовой доли). Как видим, зависимость нелинейная.

Плотности растворов пероксида водорода H₂O₂ при 18°C

Плотности растворов пероксида водорода H₂O₂ при 18°C

Файл очень большой, при загрузке и создании может наблюдаться торможение браузера.

Загрузить 

 Ссылка  Сохранить  Виджет

Имея значение плотности, можно переходить от процентов по массе к процентам по объему, но с одним нюансом. Мы уверенно можем посчитать объемную концентрацию, но не объемную долю. Потому что объемная концентрация - это отношение объёма чистого компонента до смешивания к объему полученной смеси, а объемная доля - это отношение объёма компонента в смеси к сумме объемов всех компонентов. Со вторым, понятно, сложно, если известна только массовая доля. С объемами чистых же компонентов до смешивания все довольно просто - мы просто берём значения плотности чистых веществ при соответствующей температуре (так как данные для плотности раствора перекиси у нас есть только для 18°С). Для справки, при 18°C плотность воды равна 0.9986 г/мл, плотность перекиси водорода - 1.450 г/мл.

Дальше все довольно очевидно. Базовая формула - формула плотности вещества:

Последовательность действий:

• по справочнику находим плотность раствора для соответствующей массовой доли (если для конкретного значения нет записи в справочнике, калькулятор вычисляет его через линейную аппроксимацию от двух ближайших значений)
• по объему и плотности находим массу раствора
• из массы раствора и массовой доли перекиси находим массу перекиси и массу воды, как разницу между массой раствора и массой перекиси (закон сохранения массы)
• находим объемы чистых веществ - воды и перекиси, через массу и плотность (чистого вещества)
• находим объемную концентрацию как отношение объема чистой перекиси до смешивания и объема раствора
• рассчитываем контракцию по сумме чистых объемов и объему раствора.