ද්‍රාවණවල සාන්ද්‍රණය හා අනුමාපන ගණනය කිරීම්
mol dm⁻³ හා g dm⁻³ වලින් සාන්ද්‍රණය, ස්කන්ධ හා පරිමා ප්‍රතිශත, ppm හා මවුල භාගය, තනුක කිරීම හා මිශ්‍ර කිරීම, සම්මත ද්‍රාවණ හා ප්‍රාථමික සම්මත, සහ අම්ල-භෂ්ම, ඔක්සිහරණ-ඔක්සිකරණ, අයඩොමිතික හා පසු අනුමාපන.
සාන්ද්‍රණය ප්‍රකාශ කරන ක්‍රම
ද්‍රාවණයක් (Solution) යනු ද්‍රාවකයක (Solvent) ඇති ද්‍රාව්‍යයක (Solute) සමජාතීය මිශ්‍රණයකි. එහි සාන්ද්‍රණය (Concentration) ක්‍රම කිහිපයකින් දිය හැකි ය:
| මිනුම | අර්ථ දැක්වීම | ඒකකය |
|---|---|---|
| මවුලික සාන්ද්‍රණය $c$ | ද්‍රාව්‍යයේ මවුල ÷ ද්‍රාවණයේ පරිමාව | $\text{mol dm}^{-3}$ |
| ස්කන්ධ සාන්ද්‍රණය | ද්‍රාව්‍යයේ ස්කන්ධය ÷ ද්‍රාවණයේ පරිමාව | $\text{g dm}^{-3}$ |
| ස්කන්ධ භාගය (% w/w) | ද්‍රාව්‍යයේ ස්කන්ධය ÷ ද්‍රාවණයේ ස්කන්ධය × 100 | % |
| % w/v, % v/v | ද්‍රාවණයේ 100 cm³ කට g; 100 cm³ කට cm³ | % |
| මිලියනයට කොටස් | ද්‍රාව්‍යයේ ස්කන්ධය ÷ ද්‍රාවණයේ ස්කන්ධය × $10^6$ | ppm |
| මවුල භාගය $x$ | සංඝටකයක මවුල ÷ මුළු මවුල | නැත |
$$c = \frac{n}{V}, \qquad \text{ස්කන්ධ සාන්ද්‍රණය} = c \times M$$ $V$ අනිවාර්යයෙන් ම $\text{dm}^3$ වලින් විය යුතු ය: $250\ \text{cm}^3 = 0.250\ \text{dm}^3$. $1\ \text{ppm}$ සාන්ද්‍රණයක් යනු ද්‍රාවණයේ kg එකකට ද්‍රාව්‍යය $1\ \text{mg}$ කි; තනුක ජලීය ද්‍රාවණයකට (1 dm³ ≈ 1 kg) මෙය ආසන්න වශයෙන් $1\ \text{mg dm}^{-3}$ වේ. පානීය ජලයේ ෆ්ලුවොරයිඩ් (ආසන්න වශයෙන් 1 ppm) හා ජලයේ බැර ලෝහ ppm හෝ ppb ($10^9$) වලින් දෙනු ලැබේ.
උදාහරණය: සාන්ද්‍ර සල්ෆියුරික් අම්ලය ස්කන්ධය අනුව $\text{H}_2\text{SO}_4$ 98.0% ක් වන අතර ඝනත්වය $1.84\ \text{g cm}^{-3}$ වේ. $1.00\ \text{dm}^3$ ක ස්කන්ධය $1840\ \text{g}$ වන අතර ඉන් $0.980 \times 1840 = 1803\ \text{g}$ ක් $\text{H}_2\text{SO}_4$ $= 1803/98 = 18.4\ \text{mol}$ වේ. එබැවින් $c = 18.4\ \text{mol dm}^{-3}$.
අයනයක සාන්ද්‍රණය සූත්‍රය මත රඳා පවතී: $0.10\ \text{mol dm}^{-3}$ $\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3$ හි $[\text{Al}^{3+}] = 0.20$ හා $[\text{SO}_4^{2-}] = 0.30\ \text{mol dm}^{-3}$.
තනුක කිරීම හා මිශ්‍ර කිරීම (Dilution and Mixing)
ජලය එකතු කිරීමෙන් ද්‍රාව්‍යයේ මවුල සංඛ්‍යාව වෙනස් නොවේ: $$c_1V_1 = c_2V_2$$
උදාහරණය: $18.4\ \text{mol dm}^{-3}$ අම්ලයෙන් $0.50\ \text{mol dm}^{-3}$ $\text{H}_2\text{SO}_4$ $500\ \text{cm}^3$ සෑදීමට: $V_1 = \dfrac{0.50 \times 500}{18.4} = 13.6\ \text{cm}^3$. සැම විට ම අම්ලය සෙමින් ජලයට එකතු කරන්න; සාන්ද්‍ර අම්ලයට ජලය කිසිවිටෙක එකතු නොකරන්න.
එක ම ද්‍රාව්‍යයේ ද්‍රාවණ දෙකක් මිශ්‍ර කළ විට මවුල එකතු කර මුළු පරිමාවෙන් බෙදන්න.
සම්මත ද්‍රාවණ (Standard Solutions)
සම්මත ද්‍රාවණයක සාන්ද්‍රණය නිවැරදිව දන්නා ය. එය සාදනු ලබන්නේ ප්‍රාථමික සම්මතයක (Primary Standard) නිවැරදිව කිරූ ස්කන්ධයක් දියකර පරිමාමිතික ප්ලාස්කුවක (Volumetric Flask) සලකුණ දක්වා ද්‍රාවණය පුරවා ගැනීමෙනි.
ප්‍රාථමික සම්මතයක් ඉතා සංශුද්ධ, වාතයේ ස්ථායී, ආර්ද්‍රතාග්‍රාහී නොවන (ජලය අවශෝෂණය නොකරන) හා කිරීමේ දෝෂ කුඩා වීමට ඉහළ මවුලික ස්කන්ධයක් ඇත්තක් විය යුතු ය. අජලීය $\text{Na}_2\text{CO}_3$, පොටෑසියම් හයිඩ්‍රජන් තැලේට්, ඔක්සැලික් අම්ලය $\text{H}_2\text{C}_2\text{O}_4\cdot2\text{H}_2\text{O}$ හා $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ භාවිත වේ. NaOH ප්‍රාථමික සම්මතයක් නොවේ (එය වාතයෙන් ජලය හා $\text{CO}_2$ අවශෝෂණය කරයි); $\text{KMnO}_4$ ද නොවේ (එය සෙමින් වියෝජනය වේ); ඒවායේ ද්‍රාවණ අනුමාපනයෙන් සම්මතකරණය කෙරේ.
අනුමාපනය (Titration)
අනුමාපනයක දී ප්‍රතික්‍රියාව යන්තම් සම්පූර්ණ වන තුරු බියුරෙට්ටුවක ඇති ද්‍රාවණයක් කේතුකාකාර ප්ලාස්කුවක ඇති මනින ලද තවත් ද්‍රාවණ පරිමාවකට එකතු කෙරේ. ප්‍රමාණ සමීකරණයේ මෙන් හරියට ම ප්‍රතික්‍රියා කරන අවස්ථාව සමකතා ලක්ෂ්‍යය (Equivalence Point) වන අතර දර්ශකයේ වර්ණය වෙනස් වන අවස්ථාව අන්ත ලක්ෂ්‍යය (End Point) වේ; හොඳ දර්ශකයක් මේ දෙක එකඟ කරයි.
- බියුරෙට්ටුව එහි පුරවන ද්‍රාවණයෙන් ද පිපෙට්ටුව එයින් ලබා දෙන ද්‍රාවණයෙන් ද සෝදන්න; කේතුකාකාර ප්ලාස්කුව ආසවිත ජලයෙන් පමණක් සෝදන්න (එහි ඇති ජලය මවුල වෙනස් නොකරයි).
- දළ අනුමාපනයක් කර ඉන්පසු නිවැරදි ඒවා කරන්න; $0.10\ \text{cm}^3$ තුළ එකඟ වන පාඨාංක (Concordant Titres) ගෙන සාමාන්‍යය ගන්න.
- අම්ල-භෂ්ම දර්ශක: ප්‍රබල අම්ලයක් ප්‍රබල හෝ දුර්වල භෂ්මයක් සමඟ නම් මෙතිල් ඔරේන්ජ් (රතු → කහ, pH 3.1–4.4); ප්‍රබල භෂ්මයක් ප්‍රබල හෝ දුර්වල අම්ලයක් සමඟ නම් ෆීනොල්ප්තලීන් (අවර්ණ → රෝස, pH 8.3–10). මෙම තේරීම සමතුලිතතා ඒකකයේ පැහැදිලි කෙරේ.
උදාහරණය: (අම්ල-භෂ්ම.) $0.100\ \text{mol dm}^{-3}$ $\text{Na}_2\text{CO}_3$ $25.00\ \text{cm}^3$ ට මෙතිල් ඔරේන්ජ් සමඟ HCl $20.00\ \text{cm}^3$ අවශ්‍ය වේ. $\text{Na}_2\text{CO}_3 + 2\text{HCl} \rightarrow 2\text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2$. $n(\text{Na}_2\text{CO}_3) = 0.100 \times 0.02500 = 2.50 \times 10^{-3}\ \text{mol}$; එබැවින් $n(\text{HCl}) = 5.00 \times 10^{-3}\ \text{mol}$ හා $c(\text{HCl}) = \dfrac{5.00 \times 10^{-3}}{0.02000} = 0.250\ \text{mol dm}^{-3}$.
ඔක්සිහරණ-ඔක්සිකරණ අනුමාපන (Redox Titrations)
පොටෑසියම් පර්මැංගනේට් තනුක $\text{H}_2\text{SO}_4$ මගින් ආම්ලික කළ ද්‍රාවණයේ භාවිත වේ. එය තමා ම දර්ශකය වේ: දම් පැහැති $\text{MnO}_4^-$ ප්‍රතික්‍රියා කරන විට අවර්ණ වන අතර අන්ත ලක්ෂ්‍යය පළමු ස්ථිර ලා රෝස පැහැය යි. $\text{MnO}_4^-$ මගින් $\text{Cl}^-$, $\text{Cl}_2$ බවට ඔක්සිකරණය කරන බැවින් ආම්ලික කිරීමට හයිඩ්‍රොක්ලෝරික් අම්ලය භාවිත නොකෙරේ; නයිට්‍රික් අම්ලය ද තමා ම ඔක්සිකාරකයකි.
උදාහරණය: $\text{Fe}^{2+}$ ද්‍රාවණයක $25.00\ \text{cm}^3$ ට $0.0200\ \text{mol dm}^{-3}$ $\text{KMnO}_4$ $22.40\ \text{cm}^3$ අවශ්‍ය වේ. $n(\text{MnO}_4^-) = 0.0200 \times 0.02240 = 4.48 \times 10^{-4}\ \text{mol}$. $\text{MnO}_4^- \equiv 5\text{Fe}^{2+}$ බැවින් $n(\text{Fe}^{2+}) = 2.24 \times 10^{-3}\ \text{mol}$ හා $c = \dfrac{2.24 \times 10^{-3}}{0.02500} = 0.0896\ \text{mol dm}^{-3}$ (යකඩ $= 0.0896 \times 56 = 5.02\ \text{g dm}^{-3}$).
පොටෑසියම් ඩයික්‍රෝමේට් (තැඹිලි $\rightarrow$ කොළ $\text{Cr}^{3+}$) ප්‍රාථමික සම්මතයක් වන අතර ඩයිෆීනයිල්ඇමීන් වැනි ඔක්සිහරණ-ඔක්සිකරණ දර්ශකයක් අවශ්‍ය වේ.
අයඩොමිතික අනුමාපන (Iodometric Titrations). ඔක්සිකාරකයක් වැඩිපුර KI වලට එකතු කෙරේ; එය සමක ප්‍රමාණයක $\text{I}_2$ නිදහස් කරන අතර එය සෝඩියම් තයෝසල්ෆේට් සමඟ අනුමාපනය කෙරේ: $$\text{I}_2 + 2\text{S}_2\text{O}_3^{2-} \rightarrow 2\text{I}^- + \text{S}_4\text{O}_6^{2-}$$ දුඹුරු අයඩින් ලා කහ පැහැයට මැකී යයි; ඉන්පසු පිෂ්ටය (Starch) එකතු කෙරේ (එය අයඩින් සමඟ තද නිල් පැහැයක් දෙයි), නිල් පැහැය යන්තම් අතුරුදහන් වන විට අන්ත ලක්ෂ්‍යය යි. බොහෝ අයඩින් ප්‍රමාණයක් එයට තදින් බැඳෙන බැවින් පිෂ්ටය ආරම්භයේ දී එකතු නොකෙරේ.
උදාහරණය: $0.0100\ \text{mol dm}^{-3}$ $\text{KIO}_3$ $25.00\ \text{cm}^3$ වැඩිපුර ආම්ලික KI වලට එකතු කෙරේ: $\text{IO}_3^- + 5\text{I}^- + 6\text{H}^+ \rightarrow 3\text{I}_2 + 3\text{H}_2\text{O}$. අයඩින්වලට තයෝසල්ෆේට් $24.00\ \text{cm}^3$ අවශ්‍ය වේ. $n(\text{IO}_3^-) = 2.50 \times 10^{-4}$, $n(\text{I}_2) = 7.50 \times 10^{-4}$, $n(\text{S}_2\text{O}_3^{2-}) = 1.50 \times 10^{-3}\ \text{mol}$ (එබැවින් $\text{IO}_3^- \equiv 6\text{S}_2\text{O}_3^{2-}$) හා $c = \dfrac{1.50 \times 10^{-3}}{0.02400} = 0.0625\ \text{mol dm}^{-3}$.
පසු අනුමාපනය (Back Titration)
ද්‍රව්‍යයක් අද්‍රාව්‍ය හෝ සෙමින් ප්‍රතික්‍රියා කරන්නේ නම් (හුණුගල්, බිත්තර කටු, අම්ලනාශක පෙත්තක්, ඇමෝනියම් ලවණ), එය දන්නා වැඩිපුර ප්‍රතිකාරකයක් සමඟ ප්‍රතික්‍රියා කරවා ඉතිරිය අනුමාපනය කරන්න.
උදාහරණය: හුණුගල් $2.00\ \text{g}$ ක් $1.00\ \text{mol dm}^{-3}$ HCl $50.00\ \text{cm}^3$ ($0.0500\ \text{mol}$) තුළ දිය කෙරේ. වැඩිපුර අම්ලයට $0.500\ \text{mol dm}^{-3}$ NaOH $30.00\ \text{cm}^3$ ($0.0150\ \text{mol}$) අවශ්‍ය වේ. හුණුගල් මගින් වැය වූ HCl $= 0.0350\ \text{mol}$; $\text{CaCO}_3 + 2\text{HCl} \rightarrow \text{CaCl}_2 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2$; එබැවින් $\text{CaCO}_3 = 0.0175\ \text{mol} = 1.75\ \text{g}$ වන අතර හුණුගල්වල $\text{CaCO}_3$ $87.5%$ ක් ඇත.
Exam tip: සෑම අනුමාපන පිළිතුරක් ම එක ම පිළිවෙළට සකසන්න: සමීකරණය, දන්නා සාන්ද්‍රණයේ ද්‍රාවණයේ මවුල, මවුල අනුපාතය, පිපෙට්ටු කළ පරිමාවේ මවුල, පරිමාණය කිරීම (උදා. $250\ \text{cm}^3$ ප්ලාස්කුවකින් $25\ \text{cm}^3$ ගත්තේ නම් $\times 250/25$), අවසානයේ සාන්ද්‍රණය හෝ ස්කන්ධය. බොහෝ ලකුණු අහිමි වන්නේ $\text{cm}^3$, $\text{dm}^3$ බවට හැරවීමේ දී ය.