H22応用物理化学演習1_濃度.ppt

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2 2 4/12 4/19 4/27 5/10 5/17 5/24 5/31 (20 ) (20 ) (10 ) (50 )

3 3 (mole fraction) X = (mol) (mol) i n 1, n 2,, n x N i X i = n i = n i n 1 + n n x N

4 4 (molarity, M) 1 dm 3 ( L) (mol) (mol/l) = 1 L M x (g) y (ml) c = (x / M) y 1000

5 5 (molality, m) 1 kg (mol/kg) = (mol) 1 kg M x (g) y (g) m = (x / M) y 1000

6 6 ( wt%, w/w%) 100 g (%) = (g) X 100 (g)

7 7 ( V%, V/V%) 100 ml (ml) (%) = (ml) (ml) X 100

8 8 N x10 6 O x10 3 Ar CO CO x10-5 1x Ne x x10-3 He x x10-5 3x10 7 CH x x Kr x x10-4 N 2O x x H x x O x10-6 3x H 2O

9 9 / ( wt/v%) 100 ml / (%) = (g) (ml) X 100

10 10 ppm() ppm = part per million = mg 1 ppm = 1 L 1 g/ml ex. 1 L Cu 2+ 1 mg C Cu 2+ = 1 mg 1 L = 1 mg 1 L (1 kg/l) = 10 3 g 10 3 g =10 6 =1 ppm

11 11 ppb() ppm 1/1000 ppb = part per billion = ppb = 1 µg 1 L 1 g/ml ex. 1 L Pb 2+ 1 µg C Pb 2+ = 1µg 1 L = 1µg 1 L (1 kg /L) = 10 6 g 10 3 g =10 9 =1 ppb

12 12 (normality, eq/l, N) 1 L.. (eq) (eq/l) = 1 L

13 13 1 (eq) = 1 mol H + 1 eq HCl = 1mol HCl 1 eq H 2 SO 4 = (1/2) mol H 2 SO 4 1 eq NaOH = 1 mol NaOH

14 14

15 15 Na + NaCl H 2 O Cl - Na + + SO 2-4 NaSO - 4

16 16 Na + K + Mg 2+ Ca MSO MHCO Cl - SO 2-4 HCO - 3 CO NaX MgX CaX KX 1 Mg 2 CO 3 7 MgCaCO 3 4

17 17 (activity) a i = f i C i f i (activity coefficient) C i i (ionic strength) 1 2 µ = C i i C i Z i 2 Z i

18 18, f i, µ

19 19 Debye and Hückel (1923) log f i = AZ 2 i µ 1+ Bα µ (μ 0.2) A = mol -1/2 dm 3/2 (25 ) B = 3.29 x 10 7 cm -1 mol -1/2 dm 3/2 (25 ) α (cm) 1 >> Bα µ log f i = Z i 2 µ (μ 0.01) Davies (1938), Pitzer (1975)

20 20

21 21 f ± A m B n f Am B n f ± = = f A m f B n m +n ex. f NaCl = f Na + f Cl = f ± (m +n ) ( f A m f B n ) = f ± 2 f A f B A B f CaCl2 = f Ca 2+ f Cl 2 = f ± 3

22 22 [ ] 0.50 M Na 2 SO 4 [ ] Na 2 SO 4 2Na + + SO M Na 2 SO 4 2 x 0.50 M Na M SO 4 2- Na + +1 SO µ = 1 ( (+1) ( 2) 2 ) = 1 2 ( ) =1.5

23 23 [ ] M HCl H + Cl - [ ] BαH Cl µ = 1 ( (+1) ( 1) 2 ) = log f H + = = f H + = log f Cl = = f Cl = ( ) =

24 24 ex. NaCl, NaOH, HCl NaCl Na + + Cl - ex. CH 3 COOH, H 2 S, NH 3 CH 3 COOH CH 3 COO - + H +

25 25 E = R I E (V) I (A) R (Ω) R = ρ S ρ (Ωm) S

26 26 (, ) S (Ω -1 ) K = 1 S ρ = κ κ () [S m -1 or S cm -1 ] (S/ ) () S

27 27 ( ) 1 ( ) Λ = κ C = 104 κ C [S m 2 mol 1 ] [S cm 2 mol 1 ]

28 28 Λ (S cm 2 mol -1 ) Λ 0 Λ 0 Λ 0 NaOH AgNO 3 CH 3 COOH HCl ( C ) 1/2 (mol L -1 ) 1/2 Λ 0 Λ = Λ 0 - k C 1/2

29 29 ( ) Λ Λ 0 - k C 1/2 Λ 0

30 30 Kohlraush Λ 0 Λ 0 = λ + + λ - ex. Λ 0 (NaCl) = λ Na+ + λ Cl- Λ 0 (HCl) = λ H+ + λ Cl- Λ 0 (CH 3 COONa) = λ Na+ + λ CH3COO-

31 31 [ ] [ ] Λ 0 (CH 3 COOH) = λ H+ º + λ CH3COO- º Λ 0 (CH 3 COOH) = λ H+ + λ Cl- + λ Na+ +λ CH3COO- - Λ 0 (NaCl) = Λ 0 (HCl) + Λ 0 (CH 3 COONa) - Λ 0 (NaCl) = = (S cm 2 mol -1 )

32 32 1 ( ) = ex. Ca 2+ = ( )/2

33 33

34 34 N 1252 m km (700 m)

35 35 µ H x 10-2 Cl Na NO NH SO (µs cm -1 ) K HCO Mg CO Ca

36 36 (µs cm -1 ) = { λ H + [H + ] + λ NH + [NH ] + λ Na + [Na + ] + λ K + [K + ] + +λ Mg 2+ [Mg 2+ ] + λ Ca 2+ [Ca 2+ ] + λ Cl [Cl ] + λ NO3 [NO 3 ] +λ SO4 2 [SO 4 2 ] + λ HCO3 [HCO 3 ] + λ CO3 2 [CO 3 2 ]} 10 3 = 80.0 µs cm -1 λ [S cm 2 eq -1 ] [ ] [µeq L -1 ]

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