Калкулатор за фактор на разреждане - Лабораторни разтвори и концентрации

Какво представлява калкулаторът за коефициент на разреждане?

Калкулаторът за коефициент на разреждане определя колко пъти е разреден даден разтвор. Той дели крайния обем на разтвора на началния му обем преди разреждането. Лаборанти и студенти го използват за приготвяне на разтвори с известна концентрация и за изчисляване на концентрацията на разредена проба.

Разреждането е процесът на добавяне на разтворител, обикновено вода, към разтвор с цел намаляване на концентрацията му. Коефициентът на разреждане е едно число, което описва с колко е намаляла концентрацията на разтвора. Коефициент на разреждане 5 означава, че крайният разтвор е пет пъти по-разреден от първоначалния.

Формула за коефициента на разреждане

Коефициентът на разреждане е равен на крайния обем, разделен на началния обем:

$\text{Коефициент на разреждане} = \frac{V_f}{V_i}$

• $V_f$ е крайният обем след добавянето на разтворителя.
• $V_i$ е началният обем преди добавянето на какъвто и да е разтворител.

Двата обема трябва да са изразени в една и съща единица. Полетата за въвеждане са означени в милилитри (mL), но може да се използва всяка единица за обем, стига и двете полета да използват една и съща. Тъй като представлява отношение на два обема, самият коефициент на разреждане няма единица.

Как се изчислява коефициентът на разреждане

1. Измерете началния обем на разтвора, $V_i$.
2. Измерете крайния обем след добавянето на разтворителя, $V_f$.
3. Разделете крайния обем на началния обем.

Пример с решение

В лабораторията се започва с 5 ml изходен разтвор, който се разрежда с вода до краен обем 25 ml.

$\text{Коефициент на разреждане} = \frac{25 \text{ mL}}{5 \text{ mL}} = 5$

Сега разтворът е 5 пъти по-разреден от изходния разтвор. Калкулаторът дели двата обема точно и показва резултата с шест значими цифри, така че нецело деление като 25 ml ÷ 7 ml се показва като 3,57143.

Приготвяне на разтвор с целева концентрация

Коефициентите на разреждане се използват и в обратната посока, за да се определи какво количество изходен разтвор да се използва. Да предположим, че лабораторията се нуждае от 50 ml разтвор на натриев хлорид с концентрация 0,1 M, приготвен от изходен разтвор с концентрация 2,0 M.

1. Определете необходимия коефициент на разреждане: разделете концентрацията на изходния разтвор на целевата концентрация. $2.0 \text{ M} \div 0.1 \text{ M} = 20$.
2. Определете необходимия обем изходен разтвор: разделете целевия краен обем на коефициента на разреждане. $50 \text{ mL} \div 20 = 2.5 \text{ mL}$.
3. Добавете 2,5 ml от изходния разтвор 2,0 M в мерителна колба с обем 50 ml, след което добавете вода до отметката 50 ml.

Проверката на резултата го потвърждава: $50 \text{ mL} \div 2.5 \text{ mL} = 20$ — необходимият коефициент на разреждане.

Как се разчита резултатът

• Коефициент на разреждане над 1 означава, че разтворът е бил разреден. Резултат 10 означава, че крайният разтвор е 10 пъти по-разреден от изходния.
• Коефициент на разреждане точно 1 означава, че не е извършено разреждане, тъй като началният и крайният обем са равни.
• Коефициент на разреждане под 1 е математически възможен, но означава, че крайният обем е по-малък от началния. Това описва концентриране на разтвор, а не разреждането му, и обикновено се представя като коефициент на концентриране. Калкулаторът все пак показва такава стойност, вместо да я закръгля до нула, затова коефициент с големина едва 0,00004 се показва изцяло.

Калкулаторът отхвърля обеми, равни на нула или по-малки от нула, тъй като коефициентът на разреждане не е дефиниран за нулев или отрицателен обем.

Коефициент на разреждане и концентрация

Разреждането на разтвор не променя общото количество разтворено вещество в него, а само обема, в който то е разпределено. Следователно крайната концентрация е равна на началната концентрация, разделена на коефициента на разреждане:

$C_f = \frac{C_i}{\text{Коефициент на разреждане}}$

Например разтвор с концентрация 10 мг/мл, разреден с коефициент 5, става $10 \div 5 = 2$ мг/мл. Същото разсъждение работи и в обратната посока: деленето на началната концентрация на целевата концентрация дава необходимия коефициент на разреждане, както е показано в примера с натриевия хлорид по-горе.

Серийно разреждане

При серийното разреждане една и съща стъпка на разреждане се повтаря няколко пъти, като всеки нов разтвор се използва като изходен за следващия. Всеки 1 ml изходен разтвор, смесен с 9 ml разредител, образува 10 ml разтвор с коефициент на разреждане 10. Повтарянето на тази стъпка три пъти дава:

$10 \times 10 \times 10 = 1{,}000$

Крайният разтвор е 1 000 пъти по-разреден от първоначалния изходен разтвор. Серийното разреждане е широко разпространено в микробиологията, където учените многократно разреждат бактериална проба, докато могат да преброят отделните колонии върху хранителна среда, както и във фармакологията, където се използва за приготвяне на набор от дози за изпитване.

Често използвани съотношения на разреждане

„Разреждане 1:10“ обикновено се разбира като 1 част проба, смесена до общо 10 части, което дава коефициент на разреждане 10. Някои хора вместо това го разбират като 1 част проба плюс 10 части разтворител, което дава коефициент на разреждане 11. Тъй като двете тълкувания се различават, много лаборатории избягват означаването чрез съотношение и посочват директно коефициента на разреждане.

Често задавани въпроси

Какво представлява коефициентът на разреждане? Това е число, което показва колко пъти е станал по-разреден даден разтвор. То е равно на крайния обем, разделен на началния обем.

Как се изчислява коефициентът на разреждане? Разделете крайния обем на началния обем. Разреждането на 2 ml до 10 ml дава коефициент на разреждане $10 \div 2 = 5$.

Каква е разликата между коефициент на разреждане и съотношение на разреждане? Коефициентът на разреждане е едно число, например 5. Съотношението на разреждане, например 1:5, описва същата идея с две числа, но хората не винаги са съгласни какво означават тези две числа, така че то може да се тълкува по повече от един начин.

Може ли коефициентът на разреждане да бъде по-малък от 1? Не при нормално разреждане. Стойност под 1 би означавала, че крайният обем е по-малък от началния, което представлява концентриране, а не разреждане.

Как е свързан коефициентът на разреждане с концентрацията? Крайната концентрация е равна на началната концентрация, разделена на коефициента на разреждане. Разтвор с концентрация 5 мг/мл, разреден с коефициент 10, става 0,5 мг/мл.

Какво представлява серийното разреждане? Това е поредица от разреждания, извършвани едно след друго, при което всяка стъпка използва предходния разтвор като изходен материал. Общият коефициент на разреждане е произведението на коефициента на разреждане при всяка стъпка.

Какви единици използва калкулаторът? Поленцата са означени в милилитри, но може да се използва всяка единица за обем, стига и двата обема да са в една и съща единица, тъй като резултатът е отношение. Смесването на единици, например въвеждането на единия обем в милилитри, а на другия в литри, дава неправилен резултат.