Puritatea substanțelor la BAC: calcule și probleme

Puritatea arată ce fracție din masa unei probe aparține substanței urmărite. În problemele de BAC, reacția se calculează din masa substanței reactive, nu automat din masa întregii probe. Impuritățile trebuie tratate conform enunțului: pot fi inerte în model sau pot participa la alte procese.

Lecția este destinată variantei Chimie anorganică și generală, calcule cu puritate. Exemplele presupun impurități inerte față de reacția analizată, atunci când acest lucru este declarat. Verifică aceeași ipoteză în cerințele din subiectele BAC.

Formula și numitorul ei

Puritatea procentuală masică este masa substanței pure împărțită la masa probei, înmulțită cu o sută. Dacă notăm procentul cu p, relația practică este m pură = p × m probă / 100. Masa impurităților este diferența dintre masa probei și masa pură.

Pentru o probă de 50 g cu puritate 80%, masa substanței urmărite este 40 g, iar impuritățile au 10 g. Nu calcula 80% din masa impurităților și nu aduna procentul la masă. Numitorul definiției este masa totală a probei.

Invers, dacă 18 g dintr-o probă de 24 g reprezintă substanța urmărită, puritatea este 18/24 × 100 = 75%. Rezultatul trebuie să fie între zero și o sută la sută pentru această definiție și pentru date coerente.

Mărime cerută	Relație de calcul	Verificare
Masă pură	Masă probă × p/100	Nu depășește masa probei
Masă probă	Masă pură × 100/p	Nu este mai mică decât masa pură
Puritate	Masă pură / masă probă × 100	Procent între 0 și 100
Impurități	Masă probă − masă pură	Rest nenegativ

Dacă procentul este dat ca fracție zecimală, de exemplu 0,8, nu îl mai împarți încă o dată la o sută. Alege o convenție și păstreaz-o în toate calculele.

De la puritate la reacție

Ordinea este masa probei → masa substanței pure → moli → raport stoechiometric → produs. Puritatea corectează cantitatea inițială disponibilă, înainte de aplicarea ecuației reacției.

Nu modifica ecuația chimică pentru a introduce impuritățile inerte în coeficienți. Ecuația descrie substanțele care participă la reacția urmărită. Impuritățile rămân în bilanțul fizic al sistemului, dar nu consumă reactantul în modelul declarat inert.

Dacă enunțul nu precizează natura impurităților, o problemă numerică poate deveni insuficient determinată. De exemplu, două componente diferite pot produce același gaz la reacție. Nu atribui întregul gaz unei singure substanțe fără justificare.

Exemplu rezolvat: carbonat de calciu impur

O probă de 40 g conține 75% CaCO₃, restul fiind inert în reacția cu acid clorhidric. Acidul este în exces, iar reacția carbonatului este completă. Se cere volumul CO₂ pentru Vₘ = 22,4 L/mol, valoare oferită în model.

Masa de CaCO₃ este 40 × 75/100 = 30 g. Folosind M(CaCO₃) = 100 g/mol, obținem 0,3 mol. Ecuația este CaCO₃ + 2 HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O. Raportul carbonat:dioxid de carbon este unu la unu.

Se formează 0,3 mol CO₂, cu volumul 0,3 × 22,4 = 6,72 L în condițiile precizate. Masa impurităților este 10 g. Acestea nu se transformă în gaz în ipoteza exercițiului.

Dacă ai folosi direct cei 40 g ca masă de carbonat, ai calcula 8,96 L, supraestimând produsul. Diferența vine din tratarea impurităților ca și cum ar fi substanță reactivă, nu din raportul molar al ecuației.

Exemplu invers: afli puritatea dintr-un produs

O probă de 25 g, formată din CaCO₃ și impurități inerte, produce complet 4,48 L CO₂ în condițiile Vₘ = 22,4 L/mol, cu acid în exces. Se cere puritatea probei în carbonat de calciu.

Cantitatea gazului este 4,48/22,4 = 0,2 mol. Din raportul unu la unu, au reacționat 0,2 mol CaCO₃, adică 20 g. Puritatea este 20/25 × 100 = 80%. Impuritățile au masa de 5 g.

Calculul invers este valid deoarece enunțul leagă gazul exclusiv de carbonatul urmărit și precizează transformarea completă. Dacă o parte din gaz s-ar pierde înaintea măsurării, valoarea observată nu ar mai reprezenta automat întreaga cantitate produsă.

Dacă ai obține o masă pură de 30 g dintr-o probă de 25 g, datele sau ipotezele ar fi incompatibile. Un procent de 120% nu este un răspuns acceptabil pentru puritatea masică definită aici; trebuie verificat calculul și sensul datelor.

Câtă probă impură trebuie folosită

Un model cere 0,4 mol CaCO₃ pentru o reacție. Masa pură necesară este 0,4 × 100 = 40 g. Materialul disponibil are puritate 80%, deci masa probei necesare este 40/0,8 = 50 g.

Rezultatul este mai mare decât masa pură, deoarece proba include și impurități. Înmulțirea lui 40 cu 0,8 ar da 32 g, ceea ce ar reduce și mai mult cantitatea reactivă și ar merge în sensul greșit al cerinței.

Controlul invers este simplu: 80% din 50 g sunt 40 g. În problemele cu puritate, această verificare poate fi făcută înainte de orice alt calcul chimic. Ea separă eroarea procentuală de o eventuală eroare stoechiometrică.

Două probe cu purități diferite

Se amestecă, într-un model fără reacție, 20 g de material cu 60% substanță A și 30 g de material cu 90% aceeași substanță A. Prima probă contribuie cu 12 g A, iar a doua cu 27 g A. Totalul este 39 g A în 50 g de amestec.

Puritatea amestecului este 39/50 × 100 = 78%. Media simplă a procentelor, 75%, ar corespunde maselor egale, nu celor din exemplu. Procentele trebuie ponderate prin masele probelor.

Rezultatul de 78% este între 60% și 90%, ceea ce oferă un control. Dacă nu se adaugă altă substanță și nu există pierderi selective, amestecarea celor două probe nu poate produce o puritate mai mare decât cea mai mare valoare inițială.

Puritatea și randamentul nu sunt același lucru

Puritatea descrie compoziția probei inițiale. Randamentul compară produsul obținut efectiv cu produsul teoretic calculat din cantitatea reactivă. O probă pură poate conduce la randament subunitar, iar o probă impură poate avea transformare completă a componentei reactive.

Dacă o problemă le combină, aplici mai întâi puritatea pentru masa disponibilă, apoi stoechiometria pentru produsul teoretic și, la final, randamentul pentru produsul efectiv. Nu scazi arbitrar cele două procente unul din altul.

De exemplu, 80% puritate și 90% randament dau un factor total de 0,8 × 0,9 = 0,72 față de modelul care ar trata întreaga probă ca pură și complet valorificată. Acest factor are sens numai în ipotezele și etapele precizate.

Exerciții cu explicații

1. O probă de 60 g are puritate 70%. Care este masa pură? 42 g. Impuritățile reprezintă 18 g, diferența până la masa totală.

2. Ai nevoie de 24 g substanță pură dintr-un material de 80%. Cât material trebuie? 24/0,8 = 30 g. Verificarea este 0,8 × 30 = 24 g.

3. O probă de 50 g conține 15 g impurități. Care este puritatea? Masa pură este 35 g, iar puritatea 70%. Procentul impurităților ar fi 30%.

4. De ce trebuie precizat că impuritățile sunt inerte? Pentru a atribui consumul reactanților și formarea produsului numai substanței urmărite. Altfel pot exista contribuții suplimentare.

Întrebări frecvente

Puritatea de 80% înseamnă 80 g în orice probă?

Nu. Înseamnă 80 g la 100 g de probă sau aceeași fracție în altă masă. Cantitatea efectivă depinde de mărimea probei.

Pot ignora impuritățile în conservarea masei?

Nu în bilanțul total al sistemului. Le poți exclude din ecuația reacției urmărite numai dacă sunt inerte conform modelului.

Cum verific ordinea operațiilor?

Scrie ce reprezintă fiecare masă înainte de calcul, aplicând învățarea prin înțelegere. Pentru feedback pe probleme, consultă pregătirea la chimie.

Reper curricular: programa oficială de chimie, chimie anorganică și generală, puritate și calcule stoechiometrice. Exemplele sunt originale.