50 cm3 alkoholu etylowego zmieszano w kolbie miarowej z 50 cm3 wody. W wyniku zjawiska kontrakcji objętość otrzymanego roztworu wyniosła 97,5 cm3. Ile wynosi stężenie procentowe (v/v) roztworu alkoholu w wodzie po zmieszaniu i stężenie procentowe roztworu alkoholu (v/v) po uzupełnieniu kolby wodą do 100 cm3?
| Stężenie procentowe (v/v) roztworu alkoholu w wodzie po zmieszaniu | Stężenie procentowe (v/v) roztworu alkoholu po uzupełnieniu kolby wodą do 100 cm3 | |
|---|---|---|
| A. | 49,2% | 48,0% |
| B. | 50,0% | 49,7% |
| C. | 51,3%, | 50,0% |
| D. | 53,3% | 50,2% |
Odpowiedź C jest poprawna, ponieważ stężenie procentowe (v/v) roztworu alkoholu w wodzie po zmieszaniu wynosi około 51,3%. Obliczamy to, dzieląc objętość alkoholu (50 cm³) przez objętość roztworu po zmieszaniu (97,5 cm³) i mnożąc przez 100%, co daje: (50 cm³ / 97,5 cm³) * 100% ≈ 51,3%. Następnie, gdy uzupełnimy kolbę wodą do 100 cm³, całkowita objętość roztworu będzie wynosić 100 cm³, a objętość alkoholu pozostanie taka sama (50 cm³), co prowadzi do stężenia: (50 cm³ / 100 cm³) * 100% = 50%. Rozumienie tych obliczeń jest kluczowe w chemii, zwłaszcza w kontekście przygotowywania roztworów, gdzie precyzyjne stężenia są istotne w laboratoriach analitycznych, farmaceutycznych oraz w przemyśle chemicznym. Przykładem zastosowania tej wiedzy jest przygotowanie roztworów do badań laboratoryjnych, gdzie dokładność i powtarzalność stężeń mają kluczowe znaczenie dla uzyskania wiarygodnych wyników.
Wybór innej odpowiedzi niż C może świadczyć o niepełnym zrozumieniu zagadnienia dotyczącego stężenia procentowego roztworu. Często popełnianym błędem jest nieprawidłowe obliczenie objętości końcowej roztworu. W przypadku, gdy 50 cm³ alkoholu etylowego zmieszano z 50 cm³ wody, oczekiwanie, że objętość roztworu wyniesie 100 cm³, jest błędne. W rzeczywistości zjawisko kontrakcji sprawia, że objętość końcowa wynosi 97,5 cm³. Niezrozumienie tego zjawiska może prowadzić do fałszywych założeń, jakoby stężenie alkoholu w roztworze wynosiło 50%, co jest wynikiem mylnego przeliczenia. Ponadto, błędna interpretacja pojęcia stężenia procentowego (v/v) może skutkować pomyleniem tego wskaźnika z innymi rodzajami stężeń, takimi jak stężenie masowe. Kluczowym elementem w obliczeniach chemicznych jest uwzględnienie rzeczywistych objętości roztworów, które mogą się różnić od sumy objętości składników z powodu interakcji międzycząsteczkowych. Dlatego ważne jest, aby przed przystąpieniem do obliczeń zawsze uwzględniać zjawiska fizykochemiczne, które mogą wpływać na wyniki. Zrozumienie tych podstawowych zasad jest istotne w praktyce laboratoryjnej, by uniknąć błędów w przygotowywaniu roztworów do analiz chemicznych.