Chemické výpočty Vladimíra Kvasnicová

Vyjadřování koncentrace molarita, normalita procentuální koncentrace převod jednotek Osmotický tlak, osmolarita Ředění roztoků Výpočty pH silné a slabé kyseliny a báze pufry Výpočty ve spektrofotometrii Výpočty v odměrné analýze

Základní pojmy koncentrace = množství rozpuštěné látky v daném objemu roztoku či rozpouštědla látkové množství: n (mol) množství částic látky (atomů, molekul, iontů) 1 mol látky obsahuje 6,022 x 1023 částic (= Avogadrova konstanta) molární hmotnost: MW (g/mol) hmotnost jednoho molu látky v gramech číselná hodnota je stejná s Ar příslušného prvku, popř. Mr příslušné látky

relativní atomová hmotnost Ar bezrozměrné číslo, které udává, kolikrát je hmotnost atomu daného prvku větší než atomová hmotnostní jednotka u (u = 1,66x10-27 kg) relativní molekulová hmotnost Mr bezrozměrné číslo, které udává, kolikrát je hmotnost molekuly větší než atomová hmotnostní jednotka u

hustota () = hmotnost látky vztažená na jednotku objemu (kg hustota () = hmotnost látky vztažená na jednotku objemu (kg.m-3 nebo g.cm-3)  = m/V hmotnost m = n x MW (v gramech) ředění = proces přípravy roztoku o nižší koncentraci z roztoku o koncentraci vyšší ! objem se zvyšuje, látkové množství zůstává stejné !

Vyjadřování koncentrace Molarita (c) (mol x l-1 = mol x dm-3 = M ) = počet molů látky v 1 litru roztoku c = n / V  počet molů / 1000 ml roztoku molární hmotnost (MW) = hmotnost jednoho molu látky v gramech

1M NaOH MW = 40g /mol => 1M roztok NaOH = 40g NaOH / 1 litr roztoku 0,1M roztok NaOH = 4g NaOH / 1 litr roztoku Příprava 500 ml 0,1M NaOH: 0,1M roztok NaOH = 4g NaOH / 1 litr roztoku 2g NaOH / 0.5 litru roztoku

Cvičení 1) 17,4g NaCl / 300ml, MW = 58 g/mol, C = ? [1M] 2) Roztok glycinu, C = 3mM, V = 100ml, Kolik mg glycinu je obsaženo v roztoku? [22,5mg] 3) Roztok CaCl2, C = 0,1M, Jaký objem roztoku obsahuje 4 mmol Cl-? [20ml]

Normalita (N) = počet chemických ekvivalentů látky v 1 litru roztoku (chemický ekvivalent je formální část atomu, molekuly nebo iontu látky, která při chem. ději reaguje s jedním atomem vodíku, popř. jej uvolní nebo nahradí, tj. odvozuje se z reakce) Běžně se již nepoužívá 1M HCl = 1N HCl 1M H2SO4 = 2N H2SO4 1M H3PO4 = 3N H3PO4 1M CaCl2 = 2N CaCl2 1M CaSO4 = 2N CaSO4

Osmolalita ( mol · kg –1 nebo osmol · kg -1) = koncentrace vyjádřená v počtu molů látky připadajících na 1 kg rozpouštědla Osmolalita ( mol · kg –1 nebo osmol · kg -1) = molalita osmoticky účinných částic (tj. částic podílejících se na osmotickém tlaku roztoku) je stejná (u neelektrolytů) nebo vyšší (u elektrolytů, tj. látek disociujících) než molalita téhož roztoku Osmolarita (osmol / L) = molarita osmoticky účinných částic je stejná nebo vyšší než molarita téhož roztoku

pohyb vody skrz semipermeabilní membránu se nazývá osmóza http://www.phschool.com/webcodes10/index.cfm?error=1&errortype=default_global&errortcode=

osmotický tlak osmolarita = molarita všech částic (molekul, iontů) přítomných v roztoku (= osmoticky aktivní částice) http://www.biologycorner.com/resources/osmosis.jpg

Osmotický tlak ( Pa ) π = i x c x R x T i = 1 (pro neelektrolyty) i = počet osmoticky ůčinných částic (pro silné elektrolyty) izotonické roztoky = roztoky mající stejnou hodnotu osmotického tlaku (př. krevní plazma x fyziologický roztok ) Onkotický tlak = osmotický tlak koloidních roztoků (např. proteinů)

http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/ce/m3/s3/assets/images/cem3s3_1.jpg

http://campus.queens.edu/faculty/jannr/cells/cell%20pics/osmosisMicrographs.jpg

difuze http://www.princeton.edu/~rweiss/bio-programming/DNA6/diffusion.jpg

Cvičení 4) ? osmolarita 0,15 mol / l roztoků: a) NaCl b) MgCl2 c) Na2HPO4 d) glukóza 5) Fyziologický roztok je 150mM roztok NaCl. Vyberte roztoky, které jsou s ním izotonické: [= 150mM = 300 mosmol/l ] a) 300mM glukóza  b) 50mM CaCl2 c) 300mM KCl d) 0,15M NaH2PO4 [0,30 M] [0,45 M] [0,15 M] [300] [150] [600]

Procentuální koncentrace obecně vyjadřuje počet dílů látky rozpuštěných ve 100 dílech roztoku (per cent) používají se tři základní vyjádření %: a) hmotnost / hmotnost (W / W) g látky / 100 g roztoku 10% NaOH → 10g NaOH + 90g H2O = 100g roztoku 10% KCl → 10g KCl / 100g roztoku

b) objem / objem (V / V) ml látky / 100 ml roztoku 5% HCl = 5ml HCl / 100ml roztoku c) hmotnost / objem (W / V) g látky / 100 ml (g/dl; mg/dl; μg/dl; g % ) nejčastěji používané vyjádření procentuální koncentrace v medicíně 20% KOH = 20g KOH / 100 ml roztoku

Cvičení 6) 600g 5% NaCl, ? hmotnost NaCl a hmotnost H2O [30g NaCl + 570g H2O] 7) 250g 8% Na2CO3, ? hmotnost Na2CO3 (čistota: 96%) [20,83g] 8) Fyziologický roztok je 150mM. Jaká je jeho procentuální koncentrace? [ 0,9%]

9) 14g KOH / 100ml MW = 56,1g; C = ? [ 2,5M ] 10) C(HNO3) = 5,62M; ρ = 1,18g/cm3 (hustota), MW = 63g/mol, ? % [ 30% ] 11) 10% HCl; ρ = 1,047g/cm3, MW = 36,5 g/mol ? C(HCl) [ 2,87M ]

molární koncentrace (= molarita) M = mol/1000 mL DŮLEŽITÉ DEFINICE molární koncentrace (= molarita) M = mol/1000 mL 1M roztok  obsahuje 1 mol rozpuštěné látky v 1000 mL (= 1L) roztoku 0,5M roztok  obsahuje 0,5 mol rozpuštěné látky v 1000 mL (= 1L) roztoku procentuální koncentrace % = g/100g 1% roztok  obsahuje 1 g rozpuštěné látky ve 100 g roztoku 0,5% roztok  obsahuje 0,5 g rozpuštěné látky ve 100 g roztoku

Převod jednotek pmol/L ‹ nmol/L ‹ mol/L ‹ mmol/L ‹ mol/L 10-12 10-9 10-6 10-3 mol/L g ‹ mg ‹ g 10-6 10-3 g L ‹ mL ‹ dL ‹ L 10-6 10-3 10-1 L 1L = 1dm3 1mL = 1 cm3 Cvičení 12) cholesterol (MW=386,7g/mol): 200 mg/dl = ? mmol/L [5,2 mM]

Převod jednotek tlak = síla působící na jednotku plochy (Pa) 1 kPa = 103 Pa Daltonův zákon = celkový tlak směsi plynů je roven součtu parciálních tlaků jednotlivých složek směsi parciální tlak = tlak jednoho plynu přítomného ve směsi plynů

Převod jednotek Složení vzduchu: Tlak vzduchu: 1 mmHg = 0,1333 kPa 78% N2 21% O2 1% voda, vzácné plyny, CO2 (0,04%) Tlak vzduchu: 1 atm = 101 325 Pa (~ 101 kPa) = 760 Torr (= mmHg) 1 mmHg = 0,1333 kPa 1 kPa = 7,5 mmHg

Cvičení 13) Parciální tlak krevních plynů naměřený v laboratoři: pO2 = 71 mmHg pCO2 = 35 mmHg Převeďte tyto hodnoty do SI jednotek (kPa). pO2 = 9,5 kPa pCO2 = 4,7 kPa

Převod jednotek energetický obsah potravin: 1 kcal = 4,2 kJ 1 kJ = 0,24 kcal 14) Svačina – müsli tyčinka (30g) byla označena: 100g = 389 kcal. Vypočítejte množství energie (v kJ) obsažené v tyčince. 490kJ / 30g

Ředění roztoků = koncentrace látky se snižuje, látkové množství zůstává stejné !!! 1) užitečná rovnice n1 = n2 V1 x C1 = V2 x C2 2) křížové pravidlo % roztoku(1) hm. díly roztoku(1) % konečný roztok % roztoku(2) hm. díly roztoku(2)

3) vyjadřování ředění 1 : 5 nebo 1 / 5 (čti „jedna ku pěti“ nebo „pětkrát“) 1 díl (= vzorek) + 4 díly (= rozpouštědlo) = 5 dílů = celkový (konečný) objem c1 = 0,25 M (= koncentrace před ředěním) naředěno 1 : 5 (= 5x) → c2 = 0,25 x 1/5 = 0,05 M (= koncentrace po naředění ) 4) směšovací rovnice (m1 x p1) + (m2 x p2) + ... = p x (m1 + m2 + ...) m = hmotnost mixovaného roztoku, p = % koncentrace

Cvičení 15) chceme připravit 190g 10% roztoku ? m (g) 38% HCl + ? m (g) H2O musíme použít [50g HCl] 16) jak naředíme 300g 40% roztoku na roztok 20% ? [1+1 = 300g H2O] 17) 20g 10% roztoku NaOH → 20% roztok ? m (g) NaOH musíme přidat [2,5g NaOH]

18) jak připravíme 250ml 0,1M HCl z 1M HCl 20) 10M NaOH byl naředěn 1: 20, ? finální koncentrace [0,5M] 21) 1000mg/l glukózy bylo naředěno 1: 10 a pak ještě 1 : 2 ? finální koncentrace [50mg/l] 22) ? kolikrát bylo naředěno sérum po smíchání: 200 μl séra 500 μl fyziologického roztoku 300 μl činidla [1 : 5]

Cvičení 1) Avz = 0,25 Cvz = ? As = 0,40 Cs = 4mg / L [2,5mg/L] 2) standard glukózy: Cs = 1000mg/L, T = 0,49. neznámý vzorek: T = 0,55, Cvz = ? (v mg/L i mmol/L) MW = 180g [839mg/L = 4,7mM ] 3) standard proteinů: T = 0,33; vzorek pacienta: T = 0,44 Porovnejte koncentraci proteinů ve vzorku pacienta se standardem. [4/3]