Do przygotowania 200 g roztworu chromianu(VI) potasu o stężeniu 15% (m/m) należy użyć
Przyjąć gęstość wody = 1 g/cm³
A. 15 g K₂CrO₄ i 185 cm³ wody.
B. 30 g K₂CrO₄ i 170 g wody.
C. 30 g K₂CrO₄ i 200 cm³ wody.
D. 15 g K₂CrO₄ i 185 g wody.
Pytanie z egzaminu CKE, czerwiec 2019 (arkusz A.59-X-19.06).
W roztworach procentowych masowych najważniejsze jest to, że procent odnosi się do masy całego roztworu, a nie do masy samej wody. Dla roztworu 15% (m/m) oznacza to, że w 100 g roztworu znajduje się 15 g substancji rozpuszczonej, czyli K₂CrO₄. Skoro trzeba przygotować 200 g roztworu, to masa chromianu(VI) potasu wynosi 15% z 200 g, czyli 30 g. Reszta masy to rozpuszczalnik: 200 g - 30 g = 170 g wody. Dlatego właściwy skład to 30 g K₂CrO₄ i 170 g wody. Ponieważ przyjęto gęstość wody równą 1 g/cm³, 170 g wody odpowiada praktycznie 170 cm³, ale w obliczeniach stężenia m/m bezpieczniej trzymać się masy, nie objętości. Moim zdaniem to jeden z tych przykładów, gdzie warto od razu zapisać sobie: masa roztworu = masa substancji + masa rozpuszczalnika. W praktyce laboratoryjnej odważa się substancję na wadze, potem dodaje wodę do wymaganej masy roztworu albo stosuje odpowiednią procedurę w naczyniu miarowym, zależnie od tego, czy przygotowujemy roztwór masowy czy objętościowy. Dobra praktyka jest taka, żeby nie mieszać bez potrzeby jednostek masy i objętości, bo wtedy łatwo o pomyłkę, zwłaszcza przy cieczach o gęstości innej niż woda.
W tym zadaniu najczęstsza pułapka polega na pomyleniu stężenia procentowego masowego z prostym dobraniem składników tak, żeby suma wyglądała sensownie. Stężenie 15% (m/m) oznacza 15 g substancji w 100 g roztworu, a nie 15 g substancji dosypane do dowolnej ilości wody. Jeśli do 15 g K₂CrO₄ doda się 185 g lub 185 cm³ wody, to masa całego roztworu faktycznie wyniesie 200 g, ale substancji rozpuszczonej będzie tylko 15 g. To daje roztwór 7,5% (m/m), czyli dwa razy za słaby. Tu właśnie widać typowy błąd: ktoś bierze liczbę 15 z procentów i traktuje ją jak masę substancji dla dowolnej porcji roztworu. A przecież porcja ma 200 g, więc trzeba przeskalować ilość substancji. Inny problem pojawia się przy użyciu 30 g K₂CrO₄ i 200 cm³ wody. Sama masa substancji jest wtedy dobrze obliczona, ale wody jest za dużo. Przy gęstości 1 g/cm³ 200 cm³ wody ma masę 200 g, więc całość miałaby 230 g, a nie 200 g. Stężenie byłoby około 13%, czyli też nie to, czego oczekujemy. Z mojego doświadczenia najlepiej zawsze zacząć od masy końcowej roztworu i dopiero potem odejmować masę substancji od masy całkowitej. W przygotowywaniu roztworów to jest bardzo praktyczna zasada, bo ogranicza mieszanie pojęć: masa substancji, masa rozpuszczalnika i masa roztworu to trzy różne rzeczy, choć w zeszycie czasem wyglądają podobnie.