Вес раствора м150 в 1м3: Масса раствора М150 — Справочник массы — foamin.ru

Содержание

объемный раствор М 400 и 100, сколько весит куб (1м3)

Строительные требования зачастую предусматривают точный расчет веса конструкции и для этого необходимо подсчитать главные строительный материал такого рода — бетонную смесь.

Сделать это исходя из объема довольно затруднительно, здесь надо точно знать все составляющие и их процентное соотношение в готовом растворе. Как сделать это максимально точно и с наименьшими усилиями расскажет вам наша статья.

Приготовление бетона своими руками пропорции и другие данные указаны в статье.

Что это такое и как его подсчитать

Как уже было описано ранее, удельный вес бетона будет зависеть от его основных компонентов. В состав обычного бетона входят: цемент, песок, вода, наполнители различной фракции и вода. Часто добавляются и специальные примеси: пластификаторы, модификаторы и добавки, обеспечивающие дополнительные качественные характеристики (морозоустойчивость, гидроизоляционные и прочностные свойства).

Как сделать геополимерный бетон своими руками, можно узнать из данной статьи.

Бетон с такими добавками отличается более пластичной консистенцией, легче в работе и создает однородную ровную поверхность без характерных «кратеров».

О том каково применение бетона в строительстве, описано в данной статье.

На подсчет вес больше всего повлияет наличие специального наполнителя. Обычно в этой роли выступает щебень и гравий, но известны «рецепты» специализированной бетонной смеси, в которую добавляется керамзит, металлическая арматура, мраморная или гранитная крошка и другие составляющие. Это позволяет проще определиться, какая марка бетона нужна для фундамента и других работ.

Как высчитать удельный вес основных компонентов бетонной смеси. Для этого вполне возможно представить следующий обзор главных составляющих веществ в готовом бетоне и с помощью таблиц плотности подсчитать их вес в растворе.

Увидеть на видео как применяется бетон Контакт можно в данной статье.

Цемент — главное связующее вещество в растворе, его плотность будет колебаться в пределах от 1100 – 1200 кг/м³. Если сухая смесь немного слежалась, вес может увеличиться до 1500 кг/м³. Для производства железобетонных изделий в расчет берется немного усредненное значение — 1300 кг/м³. В статье вы можете подробно ознакомиться о стандарте плотности железобетона.

Если содержание цемента, песка и воды, как относительно стабильных материалов, в готовом растворе вычислить довольно просто, то для полного расчета необходимо знать вид и плотность наполнителя, а также его процентное соотношение с другими компонентами смеси.

Какой марки лучше всего использовать бетон для ленточного фундамента, можно узнать из данной статьи.

На видео – удельный вес бетона:

Какая марка бетона нужна для фундамента двух этажного дома, можно узнать из данной статьи.

Бетонная смесь, используемая в строительстве, бывает таких типов:

Особо легкие смеси (марка М 50 – М 75) имеют большое количество пустот внутри структуры. Это воздушные прослойки и пористые наполнители (перлит, вермикулит), обеспечивающие теплоизоляционные характеристики материала.
Особые виды растворов: пено и газобетон отличаются большим содержанием воздушных пустот в структуре. Это делается при помощи специальных добавок – пенообразователей и химических процессов, как при производстве газобетона. Такой материал характеризуется превосходными теплосберегающими свойствами и относительной легкостью конструкций. Плотность особо легких бетонов может соответствовать значению до 500 кг/м³.
Легкий бетон (марка М 100 – М 150) характеризуется плотностью от 500 до 1800 кг/м³. Цемент, используемый при производстве, имеет маркировку от М 100 до М 200 и вес в пределах 500 – 1800 кг/м³. В качестве наполнителя используется относительно легкие керамзит, туф и пемза. Часто применяется при производстве стеновых панелей и блоков.
Средние бетоны (марка М 150 – М 300) могут формироваться и с вышеописанных материалов, а также гравий различной фракции, шлака и других наполнителей. Средние бетоны используются для возведения стен и перегородок, а также для стяжки пола и дорожных покрытий. В зависимости от используемого наполнителя его вес будет составлять от 800 до 1600 кг/м³. Наиболее популярной маркой средних составов является бетон м200.

Тяжелые бетоны (марка М 300 – М 400) предназначены для создания несущих частей конструкции, заливки фундамента, формирования дорожной подложки, гидротехнических сооружений, бордюрных дорожек и отбойников. Тяжелые бетоны используют в производстве наполнитель крупной фракции: гравий, щебень и некоторые горные породы. Бывают мелкозернистые бетонные смеси, а также армированные металлом растворы. Все это влияет на удельный вес готового раствора от 1200 кг/м³.
Особо тяжелые бетоны (марка М 450 и выше) — отдельная категория, использование которой обусловлено усилением необходимых качественных характеристик. В состав смеси входят тяжелые материалы: чугунные включения, железная руда или некоторые горные породы. Удельный вес материала от 1500 кг/м³.

Бетон м300 цена и другие данные указаны в описании статьи.

Для вычисления точного веса можно просчитать объем всех входящих в раствор компонентов. Обычно это дело чрезвычайно долгое и ненужное, ведь существует гораздо более простой способ. Можно воспользоваться примерным соотношением и вычислить ориентировочный вес при помощи нижеприведенной таблице.

О том какая марки бетона, указано в статье.

Эти данные получены опытным путем, заводские варианты готового бетона определяются именно таким расчетом. При домашнем изготовлении также можно ориентироваться именно на них. Небольшой процент погрешности следует учитывать как неизбежные, благодаря внутренним воздушным порам материала.

О том как использовать гидротехнический бетон по ГОСТу 26633 2012, можно узнать из данной статьи.

Удельный вес в кубометре готовой бетонной смеси:

№ п/п:	Вид бетонной смеси и наполнителя:	Удельный вес в м³ готового раствора:
Легкие бетоны:
1.	Шунгизитобетон.	100 – 1400
2.	Туфобетон.	120 – 1000
3.	Вермикулитобетон.	300 – 800
4.	Газобетон, пенобетон.	300 – 1000
5.	Газосиликат и пеносиликат.	400 – 1000
6.	Газозолобетон и пенозолобетон.	800 – 1200
7.	Перлитобетон.	600 – 1200
Средние бетоны:
1.	Керамзитобетон на керамзитовом песке.	500 – 1800
2.	Керамзитобетон на перлитовом песке.	800 – 1000
3.	Бетон на гранулированных бетонных шлаках.	1200 – 1800
4.	Бетон на зольном гравии.	1000 – 1400
5.	Бетон на вулканическом шлаке.	800 – 1600
6.	Шлакопемзобетон.	1000 – 1800
7.	Шлакопемзогазобетон.	800 – 1600
8.	Аглопоритобетоны на топливных шлаках.	1000 – 1800
Тяжелые бетоны:
1.	Бетон на гравии или природном камне.	2400
2.	Железобетон.	2500

Удельный вес бетонной смеси рассчитывается по ее основным составляющим, в зависимости от типа и плотности входящих в состав веществ. Различают несколько видов бетона: особо легкий, легкий, средний, тяжелый и особо тяжелый.

Какой фундамент выбрать для дома из газобетона можно узнать из данной статьи.

Основные показатели данной классификации широко используются при различном виде строительства. Оптимальный вариант — выбирать бетон в зависимости от поставленных целей и задач. Сводная таблица ориентировочной массы готовых бетонных растворов приведена в нашей статье, благодаря этим данным можно вычислить удельный вес с небольшой погрешностью в расчетах.

Цементно-песчаные смеси М100, М150, М200, М300: характеристики, цены

Относятся к многофункциональным и универсальным составам, без которых не обходятся ни одни строительные или ремонтные работы. Сфера применения включает кладку стен и конструкций из мелкоштучных элементов, в том числе несущие, выравнивание поверхностей и подготовку их перед последующей отделкой, оштукатуривание стен и потолков, заливку стяжек, изготовление тротуарной плитки и бордюров. Характеристики и стоимость ЦПС зависят от пропорций и качества двух основных компонентов: цемента и песка, при необходимости вводят модифицирующие примеси.

При выборе конкретной марки учитывается ее целевое назначение, ориентировочный расход на 1 м2, соответствие прочности ожидаемым нагрузкам и другим условиям.

Оглавление:

Описание разных марок
Средний расход и пропорции
Приготовление раствора своими руками
Расценки

Виды, характеристики и применение

Общие требования регламентируются ГОСТ 28013-98. Данный стандарт учитывает как технические характеристики в сухом состоянии, так и параметры по окончании затвердевания. Общепринятая маркировка ЦПС обозначает предел прочности на сжатие для застывшего раствора. В настоящий момент заводы выпускают готовые смеси следующих марок:

М100 – с минимальным соотношением вяжущего к наполнителю и добавлением карбонадной извести. Данная разновидность относится к самым дешевым и используется для внутренних и наружных штукатурных работ. Из-за низкой прочности не подходит для ответственных и нагружаемых конструкций.
М150 – оптимальная в плане «цена-надежность» марка с универсальными характеристиками. В зависимости от целевого назначения применяется в качестве штукатурки, кладочного раствора, для общестроительных и монтажных работ.
М200 – как и предыдущая, выпускается в трех вариантах. Монтажно-кладочную цементную смесь с такой прочностью рекомендуют купить при возведении вертикальных стен, универсальную – для заливки ленточных фундаментов, третий тип используется для штукатурки.
М300 (пескобетон) – ЦПС с повышенной прочностью, выбирается при бетонировании нагружаемых участков: фундамента, стяжки пола, перекрытий, стен. Помимо цемента высокого качества (не ниже М400) входит как речной, так и кварцевый и другой крупно-фракционный песок (до 6 мм).
М400 – ЦПС для несущих конструкций, возведения фундаментов любого типа и изготовления ЖБИ. Марку с такой прочностью характеризует наличие пластификаторов в составе и превышение пропорций цемента над объемными частями песка.

Расход и пропорции растворов в зависимости от сферы применения

При выборе учитываются следующие рекомендации:

Для стяжки пола используется М150 как минимум. Пропорции при добавлении портландцемента М500 – 1:3 (для М400 1:2 соответственно). Для улучшения прочностных характеристик в состав желательно ввести немного фиброволокна. Аналогичные соотношения выбираются при самостоятельном изготовлении пескобетона М300, но в этом случае применяется наполнитель с крупным зерном.
При приготовлении кладочных растворов акцент делается на использовании высококачественных компонентов, примеси в песке недопустимы. Пропорции зависят от вида соединяемых стройматериалов и изменяются от 1:3 до 1:6, расход цемента на кладку для кирпича и бутового камня рассчитывается из проверенного временем соотношения 1:4.
К отделочным составам выдвигаются высокие требования в плане пластичности и адгезии, при нанесении важно придерживаться указанной производителем толщины слоя и выработать замешенную смесь как можно быстрее во избежание образования твердых фракций. Рекомендуемое соотношение при замесе цементно-песчаной штукатурки – 1:3.

Качество и рабочие характеристики ЦПС напрямую связаны с видом вяжущего и размером зерен наполнителя. Составы на основе низкоалюминатного цемента оптимальны при заливке стяжек, с небольшой примесью извести – для оштукатуривания, с однородными фракциями – для кладки стен, с добавлением крупных частиц (2-6 мм) – для бетонирования фундаментов и изготовления ЖБИ. Большинство производителей имеют свои секреты и специализируются на выпуске цементно-песчаных смесей с определенным назначением. В то же время их можно смело назвать универсальными: при соблюдении всех правил замеса и монтажа ЦПС одинаково хорошо подходят как для внутренних, так и для наружных работ.

Важной характеристикой является расход, производитель указывает его в кг на 1 м2 вместе с рекомендуемой толщиной наносимого слоя. На величину этого показателя влияет размер фракций и характер работ. Средний расход смесей для стяжки пола в 1 см – 15-17 кг на 1 м2, при нанесении на стены – от 17. Рассчитать необходимое количество раствора при проведении кладки или ремонта сложнее, при отсутствии опыта лучше замешивать цемент небольшими порциями. При использовании ЦПС для выравнивания и отделки стен и потолков единственным способом снижения расхода штукатурки является предварительное грунтование поверхностей. В этом случае на 1 м2 при толщине слоя в 5 мм уходит около 7,5-8,5 кг сухой смеси со стандартным размером зерен наполнителя и до 10 кг у мелкофракционных марок.

Готовые составы затворяются водой согласно указанным производителем пропорциям, при самостоятельном замесе на 1 кг вяжущего берется не более 0,8 л жидкости. Нарушение этого условия приводит к снижению прочности и продлевает процесс гидратации. В среднем он составляет 28 дней, при необходимости проведения следующего этапа работ раньше можно купить марку с пластификаторами, но ее стоимость будет более высокой.

Приготовление смесей своими руками

Особое внимание уделяется подготовке компонентов и достижению однородного состояния. При эксплуатации бетономешалки сухие цемент и песок добавляют в воду, при ручном замесе или применении дрели с насадкой – наоборот. В последнем случае вода вводится порционно, в пределах выбранных соотношений. Аналогичным образом происходит затворение готовых заводских смесей.

Большинство красителей или модификаторов вводится в сухом состоянии, исключение делается при замесе с помощью бетономешалки. Полученный цементный раствор оставляют на 10-15 минут, после чего перемешивают еще раз. Жизнеспособность разбавленных ЦПС составляет около 1 часа, за это время необходимо израсходовать весь приготовленный объем. Затвердевающие составы к использованию непригодны, смешивать вяжущее и песок заранее также не рекомендуется.

Окончательный набор прочности цементного раствора происходит через 28 дней (приступать к отделке раньше нельзя), в течение этого времени обработанные поверхности и конструкции нуждаются в соответствующем уходе: увлажнении, закрытии от солнца.

Стоимость готовых смесей

Наименование марки	Рекомендуемая сфера применения	Ориентировочный расход на 1 м2 при толщине слоя в 10 см	Вес, кг	Цена за упаковку, рубли
Азолит М100	Кладка стен из отдельных элементов, предварительное выравнивание поверхностей	15	25	120
Русеан М150	Выравнивание пола, штукатурка стен и потолка, кладка плитки	17-18	40	140
Сухая монтажно-кладочная смесь М200	Бетонные стяжки, заделка стен	17-19	40	145
Каменный цветок М150	Кладочные, монтажные и ремонтные работы, подготовка стен и потолков перед отделкой	15-17	50	135
Юмикс М150	Оштукатуривание, кладка стен из кирпича и других мелкоштучных изделий, стяжка пола	20-25	50	150
ЦПС М200 «Качественные полы»	ЦПС для стяжки пола в помещениях любого типа, укладка кирпича и пеноблоков	20-22	30	120
Пескобетон Финстрой М300	Заливка бетонных форм и фундаментов, возведение конструкций, испытывающих повышенные нагрузки	16-18	40	90

количество песка на куб бетона, норма материала М100 и 200

Заливка стяжки пола в квартире или помещении производственного назначения является обязательной процедурой. По выровненному основанию укладывают финишное покрытие или его используют без отделки в качестве рабочей поверхности для промышленного производства. Прежде чем определиться с тем, как рассчитать количество цемента для стяжки пола, необходимо выяснить назначение помещения и предполагаемую нагрузку на бетонное основание.

Одним из главных критериев в подготовке раствора для заливки основания является его толщина. Следует помнить, что армирование металлической сеткой производят при минимальной толщине основания в 20 мм, максимальная высота заливки — 40 мм, именно такая толщина чаще всего применяется для устройства полов в гражданском домостроении.

Следующим важным пунктом для проведения вычислений является марка цемента. Для организации основания применяют цемент марок М300, М400, М500. В результате смешивания с песком и водой получают цементный раствор со значением М150 или М200.

Марка смеси определяется исходя из планируемой нагрузки на основание. Так М200 можно применять для организации оснований в зданиях промышленного назначения, например, в гаражах, а прочность марки М150 достаточна для заливки стяжки в квартире.

Для проведения расчетов необходимо знать норму расхода цемента для получения раствора определенной марки. Так, для получения одного кубометра раствора марки М150 потребуется 330 кг цемента М500 или 400 кг цемента М400. Чтобы получить такой же объем раствора марки, М200 нужно приобрести 410 кг цемента М500 или 490 кг цемента М400.

Выполним расчет организации основания толщиной 40 мм для помещения площадью 30 кв.м. в двух вариантах: для раствора марки М150 и для марки М200 с применением цемента марки М400. Порядок выполнения расчета:

Сначала необходимо вычислить объем заливки в кубических метрах. Для этого необходимо площадь умножить на толщину (30х0,04). Получается объем раствора в 1,2 М3.
Учитывая норму расхода цемента на 1 м3 для раствора М150 и цемента М400, получаем: 1,2 м3х400кг=480 кг. Вес одного мешка цемента – 50 кг, а значит, потребуется 10 мешков.
Учитывая норму расхода цемента на 1 м3 для раствора М200 и цемента М400, получаем: 1,2 м3х490кг=588 кг, что соответствует 12 мешкам.
Количество песка рассчитывается из пропорции 1:3, что означает для раствора марки М150, надо будет приобрести: 480х3=1 440 кг песка, а для раствора М200: 588х3=1 764 кг.
Объем воды добавляют постепенно до получения требуемой пластичности раствора.

Для производства работ по организации стяжки в квартире используют речной песок, для производственных помещений выбирают песок из карьеров.

Данная модель расчета расхода цемента на стяжку пола применима для любых площадей и толщины слоя укладки смеси. Для получения площади помещения перемножают длину и ширину комнаты.

Если конфигурация помещения сложная, лучше всего использовать план этажа и посчитать площадь, сверяясь с бумажным носителем. Таким образом, учитывая соотношение 1:3, можно будет определить, сколько надо цемента и песка на куб раствора для стяжки.

От чего зависит расход

Приготовление раствора для конкретной задачи требует соблюдения пропорций и «правильной» технологии замеса. Пропорции отличаются даже для тяжелых бетонов разных марок, не говоря о штукатурке или кладочном растворе.

При этом знать справочные пропорции недостаточно – нужно понимать принципы смешивания, их зависимость от характеристик отдельных компонентов.

Хочу увидеть все голосования!

Здесь имеет смысл уточнить термины. Бетон – твердый камнеподобный материал на основе цемента, песка, щебня, воды. Бетонная смесь – сухой полуфабрикат для разведения водой. Цементно-песчаная смесь (ЦПС) – разновидность бетонной смеси, где отсутствует крупный заполнитель (щебень). ЦПС, разведенная водой, называется цементно-песчаным раствором.

Основные факторы, влияющие на расход

В первую очередь расход зависит от прочности (марки) бетона или раствора. Марку выбирают, исходя из вида планируемых работ.

Зная марку бетона и имеющегося сырья, можно определить нужные пропорции по справочным таблицам.

Из таблицы видно, что пропорции смеси для бетона М100 для портландцемента М500 – 1:5,8:8,1, а для бетона М300 – 1:2,4:4,3. Соответственно, чем прочнее бетонная смесь, тем выше норма расхода цемента.

Марочная прочность достигается только при условии соблюдения соотношений прочих компонентов смеси, изолированно увеличивать долю связующего бессмысленно. Кроме того, более прочный бетон часто требует введения добавок.

Кроме марки бетона на расход цемента влияет:

марка цемента – из таблицы выше видно, что М500 на куб раствора уходит меньше, чем М400. При этом, чем прочнее связующее, тем выше марка бетона. Однако на деле на «выходную» прочность влияет также качество и тип заполнителя;
Знать плотность связующего для определения пропорций не обязательно – эта величина автоматически учитывается при выборе марки сырья. Плотность пригодится лишь тем, кому нужно вручную перевести объемный расход в массовый и наоборот.
фактическая прочность – за 3 месяца хранения связующее может потерять до пятой части марочной прочности;
количество заполнителя – цементное «тесто» должно полностью обволакивать частицы песка и щебня. Если «теста» будет слишком мало, смесь будет неоднородной. Поэтому на практике замешивать бетон М100–М200 из связующего М500 не вполне целесообразно;
качество заполнителя – наличие пыли, органической грязи, глины (для песка) или лещадных зерен (для щебня) приведет к увеличению расхода связующего для компенсации потерь прочности смеси.

А вы знаете: Сколько цемента надо на 1 куб бетона

Вывод: расход прежде всего, зависит от проектной прочности бетона (раствора). Не стоит также игнорировать фактическую прочность связующего и качество заполнителей.

Приобретение раствора М150

Для покупки существует несколько удобных способов:

заполнить форму онлайн заказа на сайте
связаться с нами по электронной почте
заказать по телефону
заказать обратный звонок

Если остались вопросы, позвоните по телефонам / 8-967-593-17-23 (Анна) или воспользуйтесь формой обратной связи. Наши специалисты помогут Вам! Мы ждем ваших заявок!

Другие марки бетона

Раствор М50Раствор М75Раствор М100Раствор М125Раствор М200Раствор М250

Разновидности и марки цемента

Присвоение цементу марок позволило упростить расчет расхода. Для разных марок есть готовые таблицы с пропорциями смесей. Стандартами предусмотрен выпуск связующего М100–М900. Но на практике сфера применения низких марок (100 и 200) ограничена штукатурными и кладочными растворами с невысокой прочностью и морозостойкостью.

Разновидности портландцемента:

обычный;
быстротвердеющий;
особо быстротвердеющий;
с минеральными добавками;
шлакопортландцемент;
сульфатостойкий;
пуццолановый;
гидрофобный.

В частном строительстве обычно применяют обычный портландцемент, реже – с минеральными добавками.

Основные сферы использования марок:

М300 – монтажные и отделочные работы, стяжка пола, растворы для кирпичной кладки. Для бетона марку почти не применяют;
М400 – аналогично М300 плюс растворы для фундаментной кладки и (при наличии добавок) – бетона и железобетонных изделий. Не подходит для штукатурных работ;
М500 – дорожное строительство (тротуары), лестницы, сооружения, устойчивые к влаге, массивные опалубочные плиты и фундаменты. Одна из самых покупаемых марок;
М600 – высокопрочные бетоны для военных сооружений и восстановительных работ, где необходима высокая скорость отвердевания и прочность. Для обычных монолитов и ЖБИ используют при планируемых высоких нагрузках;
М700 – возведение сооружений, работающих в условиях значительных нагрузок (высотные здания, мосты) и влажности. Марку применяют для реставрационных и декоративных работ.

Основных «частных» сфер применения бетонных (цементных) смесей четыре:

фундаменты и перекрытия;
кирпичная или блочная кладка;
стяжка пола;
штукатурные (отделочные) работы.

Исходя из вида работ, к раствору предъявляют разные требования. Максимальный расход связующего приходится на растворы для стяжек и прочные (М300 и выше) бетоны для оснований зданий – несмотря на использование крупного щебня или гравия. Минимальных затрат связующего требуют кладочные растворы и бетоны ниже М250.

В СНиПах есть рекомендации по расходу для приготовления 1 куба раствора смесей в зависимости от «выходной» марки. Общепринятые единицы расхода – кг на кубометр бетонной смеси (кг/м3).

Теоретически из цемента М500 можно (но нежелательно) замешивать и более низкие марки бетона.

Методики создания легкого бетона для стяжки пола

Иногда необходимо сделать легкий пол, чтобы уменьшить нагрузку на перекрытия. Для этого есть несколько способов. Благодаря им стяжка станет более легкой и воздушной.

Способы, которые помогут уменьшить вес раствора:

Покупка готовых смесей;
Создание легкой заливки своими руками.

Покупные варианты имеют в своем составе цемент, несколько наполнителей и добавок. Такие легкие смеси необходимы при деревянной основе. При этом их нельзя устанавливать на открытых площадках и в холодных комнатах. Влажность пола должна составлять 85%.

Для того чтобы существенно облегчить бетонную стяжку, можно использовать перлит или керамзит

Предлагаем ознакомиться Какие процедуры делать в бане для красоты и здоровья, косметические и омолаживающие процедуры

Легкие стяжки имеют значительные преимуществ. Они быстро застывают и уже спустя день можно начинать устанавливать основное покрытие. Также он утепляет пол и обеспечивает звукоизоляцию. Работы по заливке такой стяжки можно легко выполнить самостоятельно. Порадует и маленькая усадка – 0,5 мм на 1 м.

Можно самостоятельно приготовить облегченный раствор. При этом не будет потеряна прочность материала. А бетона для такой заливки потребуется меньше, что поможет сэкономить.

Облегчить стяжку можно при помощи следующих материалов:

Керамзит;
Вермикулит;
Перлит.

Керамзит – это глиняные гранулы овальной формы. При этом они имеют множество пор и разных размеров. Ели его добавить в раствор, то получится керамзитобетон. Бетонная стяжка на керамзитовой подушке помогает поднять уровень пола.

Вермикулит – слоистый натуральный материал. Он достаточно прочный благодаря серебряным нитям в своей структуре. Обычно используют вспученный материал.

Вермикулит имеет высокие впитывающие качества. 100 г вещества может поглотить в 4 раза больше воды. Благодаря этому раствор получается максимально однородным.

При использовании перлита его нужно нагреть до температуры 1000 градусов. На вид перлит напоминает щебень. Он обеспечивает хорошую звукоизоляцию и хорошо утепляет пол.

Расход цемента для фундамента

Связующее – самый дорогой компонент смеси для заливки бетонного основания. Именно расход цемента прямо определяет смету для фундамента – затраты на заполнители невелики.

А вы знаете: Пропорции бетона: как правильно замесить

Расчет можно выполнить разными способами:

при помощи различных калькуляторов – относительно точный способ узнать, сколько необходимо цемента: при разработке калькуляторов могут приниматься некоторые допущения;
вручную при помощи справочных таблиц пропорций смеси – расчет сложнее, но точность выше.

Из таблиц можно взять и готовый расход – наполнители здесь почти не учитываются, зато примерные затраты можно узнать буквально в 2 шага:

Шаг 1. Выбрать марку раствора «на выходе». Для заливки основания обычно используют бетон М200–М300. М100 подойдет для одноэтажных легких зданий, а хозпостройка с деревянными стенами выдержит основание из М50.

Шаг 2. Выбрать марку цемента. Для бетона универсальных вариантов два – М400 и М500.

Теперь, когда марки выбраны, несложно ответить на главный вопрос.

Сколько кг цемента в 1 м3 раствора

Справочные данные позволяют узнать расход сразу – из таблицы выше видно, что на 1 м3 бетонного раствора М150 нужно 235 кг связующего марки 400. Соответственно, в 1 м3 бетона около 5 мешков цемента.

Если закуплен «пятисотый» цемент, можно взять норму расхода для М400 и вычесть 30–40 кг. Это «допущение» подтверждает следующая таблица:

Несколько правил для расчета каждого материала, необходимого для замеса бетона

Масса цементного песка в бетоне влияет на подвижность будущей постройки. Следовательно, допустимая погрешность, при замере пропорций цементного пека, равна не больше 1 килограмма. Что касается гравийного материала, здесь погрешность допускается до пяти килограмм.
Если положить, слишком мало цементного песка, он плохо свяжет другие компоненты бетонного раствора. А после высыхания конструкция, из-за влияния морозов и осадков простоит лишь сезон. Вывод, лучше пересыпать цемента, чем потом из-за нехватки связующего материала все перестраивать.
При расчетах необходимых пропорций нужно учитывать марку используемого цемента. Для любой маркировки бетона нужно использовать цемент, чьи показатели в два раза выше необходимых. Тогда готовый бетонный раствор будет необходимого вам качества.
Разумеется, прочность бетона учитывается при планировке постройки конструкций. Будет ли бетонной только основа здания или стены тоже. В первом случае можно использовать цемент марки М300, во втором лучше применять М400.
Также бетонный раствор разделяется на области применения смеси. И для каждой используются свои пропорции, поэтому и маркировок бетона много, и при строительстве применяется определенная. Например:

заливка фундаментного основания;
для постройки бетонных стен здания;
укладка дорожек;
постройка мостов;
заливка монолитных стен;
половая и потолочная стяжка;
отливка блоков, балок или колонн.

Всего составных частей в бетонном растворе девять, они меряются в смеси, определенными порциями, 135. Одна часть это цементный песок, три мерные части обычного песка, и пять – гравия.

Опытные застройщики советуют исключить ошибки за счет индивидуальной мерки каждой части в бетонную смесь, благодаря этому вы избежите некачественного конечного продукта. Расход цемента на 1 куб раствора для стяжки измеряется чуть иначе, без добавления гравия. Стоит учесть будущее использование помещения.

Средняя мера на 1 м3 бетона – 350 кг цемента, то есть 7 мешков. Только высчитывайте пропорции, ориентируясь на будущее использование конструкции.

В раствор бетона также могут добавляться и дополнительные пластификаторы, основная функция которых усилить прочность итоговой конструкции. Еще одним важным правилом являются характеристики используемых материалов.

У цемента учитываются:

время схватывания;
вес;
объем;
активность состава;
плотность;
удельный вес.

У бетонного раствора учитываются:

прочность;
подвижность;
объем;
водонепроницаемость;
водоотделение.

К песку предъявляются следующие требования:

влажность;
объем;
вес;
насыпная плотность;
количество посторонних примесей;
размер песчинок;
удельный вес.

К гравию:

влажность;
прочность;
вес;
форма;
плотность.

Придерживаясь данных правил, вы с легкостью проведете все работы самостоятельно, хотя помощь никогда не помешает.

Расход цемента для кладки

Ходовые марки кладочных растворов – 25–100. «Универсальный» вариант – марка 75 с пропорцией Ц:П равной примерно 1:4.

Этих данных достаточно, чтобы узнать, сколько цемента потребуется для кладки – в одном кубе раствора 1/5 (0,2) м3 связующего. Песка нужно 4/5 (0,8) м3. Для расчета нужно принять усредненные плотности:

цемента – 1400 кг/м3;
песка – 1600 кг/м3.

Зная плотность и объем, рассчитывают массу в кг:

0,2*1400 = 280;
0,8*1600 = 1280.

Пример: рассчитать расход на стену толщиной в полтора кирпича. Размер здания – 10 на 14 м, высота стен – 3 м. Алгоритм расчета следующий:

Определить расход по таблице – 0,234 м3 раствора на 1 куб. м кладки.
Рассчитать массу цемента на м3 кладки 0,221*280 = 65,5 кг.
Посчитать объем кладки – периметр стен*высоту*толщину. Объем равен (10+10+14+14)*3*0,38 = 55 м3.
Узнать общий расход на стены: 55*65,5 = 3603 кг (72 мешков по 50 кг).

В кладочные смеси часто вводят известь, органические и неорганические добавки. Приготовление такого раствора потребует меньшего количества цемента на 1 куб.

Необходимые условия: как сделать стяжку пола

Перед заливкой нужно позаботиться о подготовительных работах самой основы. Нужно избавиться от глубоких ям, щелей и неровностях. Само помещение не должно иметь сквозняков. Также нужно гидроизолировать пол, выполнить армирование и утепление.

Перед тем как делать стяжку пола, следует тщательно обработать поверхность, вымыть ее от пыли и грязи

Порядок подготовки:

Нужно сделать разводку, установить коммуникации;
Очистить основу от грязи и пыли;
Сделать разметку нулевого уровня;
Основание следует обработать грунтовкой и дать время просохнуть.

Для частного дома потребуется утрамбовать почву и выровнять ее. Для этого нужен щебень и песок, который должен быть мокрым. И только после этого нужно с

разметку, гидроизоляцию и каркас.

Когда черновой пол в хорошем состоянии, то нужно понадобиться только тонкая стяжка. Выход коммуникаций необходимо обработать герметиком. Вдоль стен придется наклеить специальную ленту. Утеплитель используется только при желании хозяев.

Расход цемента для стяжки

Принцип расчета аналогичен предыдущим. В первую очередь нужно выбрать смесь, исходя из требований к покрытию, временных рамок и метода укладки (мокрая, полусухая, сухая).

А вы знаете: Цемент марки М500: как выбрать и характеристики

Выбрав тип смеси, подсчитывают, сколько нужно песка и цемента, действуя по плану:

Узнать объем работ. Пример: комната площадью 15 м2, толщина стяжки – 35 мм. Объем составит 12*0,03 = 0,53 м3.

Выбрать из табличных нормативов, сколько «пятисотого» цемента надо на 1 куб смеси М200 – это 410 кг.

Посчитать, сколько цемента надо для всей стяжки пола. Зная затраты на куб, получают общую массу 410*0,53= 217 кг – потребуется 5 мешков.

Рассчитать затраты песка на стяжку нужного объема. Согласно таблице пропорции Ц:П равны 1:3, объем песка равен 0,53*0,75 = 0,4 м3. Зная плотность заполнителя (1600 кг/м3), легко узнать массу: 0,4*1600 = 640 кг.

Для сухой смеси

При использовании сухих и полусухих смесей для организации стяжки, необходимо принимать во внимание характеристики для каждой конкретной смеси, которые можно найти на упаковке. Обычно указывают объем смеси для закрытия одного квадратного метра основания слоем в 1 мм. Например, для получения раствора марки М100, достаточного для использования внутри жилых помещений, производитель полусухой стяжки для пола рекомендует такой расход:

расход смеси 2 кг на квадратный метр при толщине стяжки 1 мм;
расход воды 0,22 л на один 1 кг смеси.

Учитывая перечисленные данные, можно выполнить расчет необходимого материала для 30 квадратных метров с толщиной стяжки в 40 мм.

Необходимо площадь умножить на расход смеси на 1 м2 и на 4 (так как планируемая толщина стяжки 4 мм, а расчет приведен для толщины в 1 мм). Получаем: 30х2х4=120 кг, при этом объем воды потребуется: 120 кг х 0,22 л= 26,4 литра.

Строительный раствор М-150 (B12)

Завод бетонной продукции «Брестон» рад предложить раствор кладочный М150 собственного производства, изготовленный на базе экологически чистых материалов согласно санитарно-эпидемиологическим нормам и стандартам ГОСТ. Мы осуществляем круглосуточную доставку нашей бетонной продукции по Москве и области без выходных дней.

Цементный раствор М150 – это строительная растворная смесь, которую используют в кладочной и штукатурной работе. Раствор кладочный М150 относят к простым растворам с классом прочности В12. М150 включает в себя воду, наполнитель и вяжущее вещество — портландцемент. В качестве наполнителя используется строительный песок.

При необходимости повышение морозостойкости, подвижности, водонепроницаемости и удобоукладываемости растворной смеси М150 производится за счет ввода в раствор добавок, присадок и пластификаторов.Для понижения таких параметров, как схватываемость смеси при транспортировке и отвердение в раствор кладочный М150 добавляют замедлители. В продаже раствор готовый кладочный представлен техническими характеристиками – М-150 Пк4 F50.

Стоимость строительного раствора М150 можно посмотреть на странице каталога. Помните, что на цементный раствор М150 цена в каталоге указана без учета доставки смеси на строительную площадку.

Ищите, где купить цементный раствор с круглосуточной доставкой?!

Подайте заявку менеджерам «Брестон» на сайте через форму заказ

Особенности проведения вычислений

При приготовлении смеси, предназначенной для заливки стяжки, такой как на фото, специалисты рекомендуют соблюдать определенное соотношение цемента и наполнителя — 1:3. Но при проведении ремонта в жилых домах используют состав, в котором эти компоненты смешивают в пропорции 1:4, причем подразумевается не вес материалов, а их объем.

Как правило, невозможно достаточно точно рассчитать высоту стяжки, поскольку в разных местах поверхности чернового пола она будет отличаться (подробнее: «Как рассчитать стяжку пола – сколько материалов нужно»). По этой причине, чтобы упростить расчет раствора для стяжки учитывают параметры максимального бетонного слоя.

Даже, если известны точная площадь поверхности пола и компоненты раствора, определить объем связующей жидкости всегда проблематично. Дело в том, что цемент продается в торговой сети в мешках, а отсев и песок реализуют в килограммах.

Принято считать, что конкретная марка цемента, используемого при обустройстве стяжки пола, имеет определенный вес. Например, куб цемента условно весит 1300 килограммов. Этот показатель при проведении расчетов для определения, сколько цемента нужно на куб стяжки, применяют в качестве постоянной величины.

Профессионалы рекомендуют: если даже известно точное количество стройматериалов, их следует покупать с 10-процентным запасом, чтобы в процессе заливки не допустить нехватки компонентов.

Назначение и плотность сухой смеси М150 на 1м3 АльфаЦем

Назначение и преимущества

Цементно-песчаный раствор М-150 является универсальным строительным материалом. Он применяется:

в качестве штукатурки;
для стяжки пола;
при ремонте железобетонных конструкций;
для кладочных работ.

Из его преимуществ можно отметить:

Доступную стоимость.
Возможность использования для строительных и реставрационных работ.
Высокий уровень влагостойкости.
Хорошую адгезию почти со всеми поверхностями.

Из недостатков — низкие декоративные качества готового покрытия.

Рекомендуемая толщина слоя при использовании сухой смеси 150 не более 50 мм. Для сохранения прочности готового покрытия нанесение рекомендуют выполнять в несколько слоев. При средней толщине 10 мм расход смеси составляет около 16 кг на каждый квадратный метр площади.

Хороший расход М150

Пропорции компонентов раствора

Во время выбора для работы ПЦС М150 её расход

для стяжки составляет 22 г на 1 м2 такой расход материала будет хорошим для стяжки толщиной 1 см. Вяжущим материалом считается цемент, который добавляет ей неодинаковые характеристики.

Толщина слоя изменяется 5-50 мм и зависит от выполняемых работ. Наносится подобная смесь ручным способом. Способность к жизни состава составляет 120 минут, благодаря этому большие объёмы не замешивают. Полную надёжность смесь набирает через 28 суток.

Надёжность на изгиб имеет 2 МПа, а надёжность адгезии (процесс сцепки 2 разнообразных поверхностей) 0,5 МПа. Чтобы увеличить склеивание имеет большое значение безошибочность поверхностной подготовки.

Виды и состав

В зависимости от назначения сухая смесь 150 подразделяется на следующие виды:

Штукатурная. Используется как штукатурка для внутренних и внешних работ. Подходит для нанесения вручную или машинным способом. После замешивания свои свойства сохраняет в течение 2 часов, после этого начинает схватываться. Для полного отвердевания требуется 2 суток. Для улучшения характеристик готового покрытия в смесь могут добавляться пластификаторы и другие добавки.
Универсальная. Применяют при оштукатуривании внутри помещений, наружной отделки, ремонта и стяжки полов, чернового выравнивания, в качестве кладочной смеси. Обеспечивает хорошее сцепление с большинством оснований. Устойчива к температурным перепадам.

Смеси большинства производителей имеют приблизительно одинаковый состав:

портландцемент марки ПЦ-400 или 500;
песок фракции не более 1 мм;
минеральный порошок.

Основное различие между смесями от разных производителей — наличие специальных добавок и пластификаторов. Выпускаются они в мешках различного объема и биг-бэгах.

Свойства

Прекрасных свойств смеси удается добиться благодаря правильному подбору компонентов и их пропорции в растворе. Пескобетон демонстрирует прочность на сжатие 150 кг/см2, что говорит о категории прочности В12.5. Водонепроницаемость находится на уровне W4, поэтому раствором можно обрабатывать внутренние стены как общественных, так и жилых зданий.

Нужных свойств удается добиться благодаря включению в состав смеси в качестве вяжущего портландцемента. Цемент не дает смеси расслаиваться, сохраняет положительные характеристики в разных условиях, при тех или иных воздействиях.

Чтобы улучшить показатели плотности и пластичности, в пескобетон М150 добавляют различные пластификаторы, вещества.

Во многом окончательный набор свойств зависит от правильности выбора добавок и определения их оптимального объема от общей массы смеси (что регулируется требованиями к итоговому раствору и проектными расчетами).

Подготовка основания под укладку

Важным условием получения качественного покрытия является правильная подготовка поверхностей. Она включает в себя следующее:

Просушивание, обезжиривание и удаление пыли. На основании не должно быть жировых загрязнений, масляных пятен, остатков лакокрасочных покрытий.
Удаление непрочных, рассыпающихся участков.
При необходимости протравливание от грибков и плесени.
Нанесение нескольких слоев грунтовки. Этот этап необходим только для сильно впитывающих поверхностей.

Хранение сухого раствора

Не менее важны и условия сохранности и применения этого строительного материала. Во-первых, нельзя работать с раствором М150, если температура выходит за показатель +5-30С. Влажность, как указано в технической характеристике, тоже имеет ограничение – 90%.

Хранение

Это значит, что если строительные работы с использованием смеси происходят на улице, то при высокой влажности и сырости этого делать нельзя. Хранить М150 необходимо также в сухом месте. Тогда она может сохранить свои свойства на протяжении шести месяцев.

Вот такая она смесь цементно-песчаная М150 – надежная, качественная, универсальная. Используя ее, вы не только оштукатурите все быстро, но и с наименьшими затратами и хлопотами. Так что дерзайте, ровных вам поверхностей и крепких сцепок! Так же вам будет интересен материал который расскажет сколько в кубе досок 25 на 150 на 6000.

Техника приготовления раствора

В чистую воду, желательно температурой не ниже +15° добавляется необходимое количество сухой смеси. Средний расход составляет около 10 кг на 2 литра воды. Более точная дозировка зависит от производителя. Информация о ней доступна на упаковке.
Масса тщательно перемешивается до полного исчезновения комков. Получившийся раствор должен быть абсолютно однородным.
Смесь выдерживается 5-10 минут и снова тщательно перемешивается. Раствор готов к применению. Его необходимо использовать в течение 2 часов.

Внимание! Приготовление раствора осуществляют с использованием средств индивидуальной защиты. Сухие смеси сильно пылят, а при контакте с водой дают щелочную реакцию.

Как рассчитать необходимое количество раствора

Чтобы рассчитать количество раствора, необходимо знать:

площадь работ;
рекомендуемый расход;
толщину слоя.

Расчет осуществляется путем умножения всех трех величин. Кроме этого на расход смеси значительное влияние оказывает способ нанесения. При ручном раствора потребуется на 20-30% больше.

Техника выполнения работ

Нанесение раствора на поверхность осуществляется при помощи кельмы или шпателя. Затем его разравнивают при помощи правила и затирают. Сначала заполняются более крупные трещины и другие неровности. После этого слою дают высохнуть. При необходимости нанесение повторяют. Финишный слой тщательно выравнивается и затирается. Через 24 часа его можно будет шлифовать. Полной прочности покрытие достигнет через 28 дней.

При выполнении кирпичной кладки смесь наносится на поверхность уложенного кирпича при помощи мастерка и разравнивается. Толщина шва при этом должна составлять не более 5 мм. Излишки раствора следует сразу же удалять. После схватывания и застывания выровнять поверхность кладки не получится.

Порядок замешивания бетона

В заводских условиях раствор готовится в специальных принудительных смесителях, которые обеспечивают массе идеальную ровность, однородность. Это обуславливает высокое качество конечного продукта и его соответствие заявленным свойствам.

Но цемент М150 можно сделать и в домашних условиях. Для этого лучше приобрести или взять в аренду гравитационный смеситель малого объема. Порядок действий будет таким:

Чашу бетономешалки сбрызгивают водой, чтобы снизить интенсивность пыления цемента.
Загружают точно отмерянные компоненты для раствора, вливают воду, в которой заранее растворен пластификатор. Еще один способ изготовления раствора – введение песка, щебня и воды и только потом цемента (это уменьшит количество пыли).
Производят перемешивание раствора в течение 3-5 минут, пока масса не станет однородной.

Бетоносмеситель гравитационный СБР-440А

Важно! Чем ниже показатель подвижности смеси, тем больше времени уйдет на ее перемешивание до достижения однородности.

Основные ошибки при использовании цементно-песчаных смесей

При использовании цементно-песчаных смесей очень часто допускаются одни и те же ошибки:

Используется строительная смесь с истекшим сроком годности. Свойства лежалого цемента меняются не в лучшую сторону. В результате прочность и качество существенно снижаются.
Покрытие наносится на неподготовленную стену.
Нарушаются основные условия проведения работ. Например, не дают просохнуть предыдущему слою или не соблюдают рекомендуемую толщину.
Неправильно выбирают марку. Например, заливая фундаменты, используют более слабую смесь, не способную обеспечить необходимую прочность.
Пытаются улучшить качество строительных смесей добавлением пластификаторов, цемента и при этом не соблюдают рекомендованные пропорции.

Готовые смеси всегда соответствуют требованиям ГОСТ. Они не требуют использования дополнительных добавок или наполнителей. На сегодняшний день они являются одним из самых популярных и востребованных материалов для оштукатуривания и выравнивания поверхностей.

Назначение цементного состава

Пескобетон М150 – сравнительно дешевая, но высококачественная сухая смесь, изготовленная на основе цемента и песка. Для повышения эксплуатационных свойств (морозостойкость, быстрое схватывание, отсутствие усадки, расслоения и трещинообразования) в состав вводятся модифицирующие полимерные добавки.

Купить пескобетон М150 с доставкой по минимальной цене вы можете для различных строительных работ:

Оштукатуривание – лучше всего для этих целей подходит мелкозернистая смесь, цена которой в нашей компании самая доступная, так как благодаря небольшим размерам частиц гораздо легче качественно произвести выравнивание поверхности под шпаклевку, покраску или оклейку обоями.
Бетонирование полов вручную – целесообразно применять относительно дешевый крупнофракционный пескобетонный состав марки m150, что увеличит несущую способность покрытия.
Кладка несущих стен и перегородок из мелкоштучных строительных материалов и обработка швов.

Определение количества расходных материалов

Для определения сколько мешков сухой смеси в 1м3 раствора без добавления крупнофракционного наполнителя (щебень, гравий, керамзит и прочее) можно воспользоваться таблицей с готовыми коэффициентами. Вычисления произведены для ЦПС М300 с традиционным соотношением песка и цемента 3 к 1. Здесь достаточно будет площадь обрабатываемой поверхности поделить на подходящее число.

Вес мешка	Толщина однослойного покрытия (в см)
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
40 кг	2,6	1,8	0,9	0,6	0,45	0,4	0,36	0,3	0,25	0,22
50 кг	3,1	2,25	1,12	0,75	0,56	0,5	0,45	0,37	0,32	0,28

Например, нужно выровнять стены площадью 45 кв.м. Планируемый слой составляет в среднем 2 см. Тогда понадобится 45 / 1,8 = 25 по 40 или 45 / 2,25 = 20 мешков ЦПС по 50 кг. По аналогии вычисляем расход для стяжки без камней и керамзита высотой в 5 см для 20 квадратов: минимум 44 сорокакилограммовых или почти 36 упаковок по 50 кг сухой цементно-песчаной смеси.

Для штукатурки

В среднем расход цементной штукатурки для выравнивания стен составляет 14 кг/кв. м при толщине слоя в 10 мм (предельными значениями считаются 5 и 30 мм без армирования).

Штукатурный раствор из песка с цементомИсточник urobsisam.zoznam.sk

В переводе на объем получается около 12 литров раствора. Для замешивания рабочей массы за ориентир берут расход цементно-песчаной смеси на 1м2 1,6 или 1,4 кг на примере ЦПС марок М400 и М500 соответственно.

Когда требуется обработать большие площади, в смесь песка и цемента добавляют гашеную известь. Тогда пропорции будут выглядеть так: на 4 мешка ЦПС по 50 кг приходится 40 кг дополнительного заполнителя и 200 литров чистой воды.

Для кладки

Для клеевого раствора в случае с кирпичом выбирать ЦПС нужно с идентичной марочной прочностью. Как правило, это М100, М150 или М200.В среднем на стандартную кладку требуется около 5 мешков смеси песка с цементом, монолит из которой выдерживает нагрузку 100 кгс/кв.см. Здесь воды добавляют из расчёта в 50 % от веса замешиваемого состава.

Так как кирпичная кладка различается по толщине и размерам швов, расход клеевого раствора различен. В таблице приведены усреднённые значения в кубометрах для двух типов кирпича:

Кирпич(в мм)	Толщина стен (в мм)
120	250	380	510	640
250×120×65	0,189	0,221	0,234	0,24	0,245
250×120×88	0,16	0,2	0,216	0,222	0,227

Кладочный раствор из ЦПСИсточник instrument39.ru

В этой таблице содержится информация о весе кубометра раствора (по маркам) из смеси цемента с песком в зависимости от природы вяжущего компонента.

Марка раствора	Марка портландцемента в ЦПС
М300	М400	М500
М100	390	300	250
М150	510	400	330
М200	–	490	410
М300	–	600	510

Кирпич сравнительно с брусом весит больше

Поэтому перед кладкой важно произвести расчёты относительно нагрузки на фундамент. Так, если брать материал для стен толщиной 25 см, потребуется 400 блоков размером 250*120*65 мм на 1 кубометр

Тогда вес будет превышать 1,6 тонны. Для ЦПС марки М300 (с портландцементом М150) показатель близок к 0,189*510=96 кг.

Подготовка поверхности

Рабочая поверхность для укладки смеси должна быть предварительно очищена от остатков краски, масляных и жировых осадков. Не следует наносить смесь M150 на запыленные или грязные поверхности.

Существуют также специфические требования по подготовке некоторых видов поверхностей. Например:

Глянцевые поверхности необходимо обработать шлифовальной шкуркой до матового состояния.
Покрытия с низким показателем устойчивости к влаге необходимо подвергнуть дополнительной очистке и промыть.

Подробные рекомендации по использованию смеси вы найдете в технической документации, которой сопровождается каждый комплект поставки.

Калькулятор

процентов (%) решений — PhysiologyWeb

Расчет процентов (%) решений

Предназначенный для использования как в учебной, так и в исследовательской лаборатории, этот калькулятор (см. Ниже) может использоваться для выполнения ряда различных расчетов для приготовления процентов (%) растворов , начиная с твердого или жидкого материала. Очень часто концентрацию растворов выражают в процентах.Процент означает на 100 частей, где для растворов часть означает меру массы (мкг, мг, г, кг и т. Д.) Или объема (мкл, мл, л и т. Д.). В процентах растворов количество (вес или объем) растворенного вещества выражается в процентах от общего веса или объема раствора. Процентные растворы могут иметь форму вес / объем% (вес / объем% или вес / объем%), вес / вес% (вес / вес% или вес / вес%) или вес / объем% . (об. / об.% или об. / об.%). В каждом случае процентная концентрация рассчитывается как доля веса или объема растворенного вещества, относящаяся к общему весу или объему раствора.

Поскольку процентные решения могут быть выражены тремя различными способами, совершенно необходимо явно указать тип процентного решения. Если эта информация не предоставлена, конечному пользователю остается «угадать», было ли использовано вес / объем%, вес / вес% или объем / объем%. Каждое процентное решение подходит для ряда различных приложений. Например, коммерческие водные реагенты, такие как концентрированные кислоты и основания, обычно выражаются в виде растворов в процентах по массе. Например, коммерчески доступная концентрированная соляная кислота (HCl) составляет 37% по массе (% мас. / Мас.).С другой стороны, многие разбавленные растворы, используемые для биологических исследований, выражаются в процентах по весу / объему (например, 1% додецилсульфат натрия, SDS). Объемные / объемные% растворенных веществ также являются обычными и используются, когда используются чистые растворенные вещества в жидкой форме. Например, 70% -ный (об. / Об.) Раствор этанола можно приготовить растворением 70 мл 100% (то есть 200-процентного) этанола в общем объеме раствора 100 мл.

Другие факторы также могут иметь значение при выборе типа процентного раствора для приготовления.Например, если рассматриваемый процентный раствор должен использоваться при сильно различающихся температурах, то лучше приготовить раствор в виде раствора в процентах по массе, поскольку его концентрация не будет зависеть от изменений температуры окружающей среды.

Сделаем важное замечание. Здесь мы использовали «вес» вместо «масса» просто для того, чтобы соответствовать традициям и популярному использованию. Таким образом, растворы вес / объем% следует правильно обозначать как вес / объем% .Аналогичным образом, растворы масс. / Масс.% следует обозначать как масс / масс.% или просто масс.% .

Процентное решение уравнений

	(уравнение 1)

	(уравнение 2)

	(Ур.3)

Как отмечалось выше, вес относится к массе (т. Е. Измеряется на весах). При изучении уравнения для каждого из приведенных выше процентных соотношений очень важно отметить, что во всех случаях знаменатель относится к массе или объему раствора , а не только к массе или объему растворителя. Таким образом, масса раствора — это объединенная масса растворенного вещества и растворителя, а объем раствора — это объединенный объем растворенного вещества и растворителя.

Последнее замечание необходимо при рассмотрении решений объем / объем%.Когда разные объемы одного и того же раствора складываются вместе, конечный объем всегда будет точной суммой добавленных отдельных порций. Например, добавление 50 мл воды к 50 мл воды приведет к общему объему 100 мл, а добавление 75 мл 100% этанола к 75 мл 100% этанола приведет к общему объему 150 мл. Однако при смешивании смешиваемых жидкостей (таких как вода и этанол) конечный объем раствора не точно равен сумме отдельных объемов. Например, добавление 50 мл этанола к 50 мл воды приведет к получению общего объема менее 100 мл.На самом деле это ближе к 96 мл. Поэтому при приготовлении растворов объем / объемный процент всегда лучше растворить растворенное вещество в растворителе, а затем добавить дополнительный растворитель, чтобы довести общий объем раствора до желаемого конечного значения.

Калькулятор процентного решения

Каждая ячейка калькулятора, показанная ниже, соответствует члену в приведенной выше формуле. Введите соответствующие значения во все ячейки, кроме той, которую вы хотите вычислить. Следовательно, по крайней мере две ячейки должны иметь значения, и не более одной ячейки может быть пустой. .Значение пустой ячейки будет рассчитано на основе других введенных значений. После выполнения вычисления вычисленная ячейка будет выделена, и последующие вычисления будут вычислять значение выделенной ячейки (без требования иметь пустую ячейку). Однако пустая ячейка имеет приоритет над выделенной ячейкой.

Комментарии и / или инструкции по приготовлению

Размещено: 5 октября 2013 г., суббота
Последнее обновление: 23 декабря 2017 г.

Калькулятор концентрации раствора массы на объем

Предназначенный для использования как в учебной, так и в исследовательской лаборатории, этот калькулятор (см. Ниже) может использоваться для выполнения ряда различных расчетов для приготовления растворов с массой на объем (т.е.е., масса по объему) или по весу на объем (т. е. по отношению к объему) единицы измерения концентрации, такие как мг / мл, мкг / мкл, мкг / л и т. д. Такие расчеты концентрации необходимы, когда начинают с твердой формы химическое вещество и раствор должны быть приготовлены с единицей концентрации, выраженной в единице массы на единицу объема (например, мг / мл). Эти расчеты особенно полезны при работе с соединениями, не имеющими четко определенного молекулярного веса (такими как некоторые белки, углеводы и другие полимеры).

Если вы хотите выполнить расчеты разбавления для растворов с единицей концентрации массы на объем или массы на единицу объема (например, мг / мл, мкг / мкл, мкг / л и т. Д.), Используйте наш Калькулятор разбавления — масса на объем. Если вы хотите выполнить расчеты коэффициента разбавления или -кратного разбавления для растворов с массой на объем или массой на единицу объема (например, мг / мл, мкг / мкл, мкг / л и т. Д.), Используйте наш коэффициент разбавления. Калькулятор — Масса на объем.

Уравнение концентрации массы на объем (масса / объем)

C — желаемая концентрация конечного раствора с единицей концентрации, выраженной в единицах массы на объем раствора (например, мг / мл).
м — масса (т. Е. Масса) растворенного вещества, которое необходимо растворить в объеме V раствора, чтобы получить желаемую концентрацию раствора ( C ).
V — объем раствора, в котором указанная масса ( м ) растворенного вещества должна быть растворена для достижения желаемой концентрации раствора ( C ). Обратите внимание, что V — это конечный или общий объем раствора после добавления растворенного вещества в растворитель.

Калькулятор концентрации раствора массы на объем (масса / объем)

Каждая ячейка калькулятора, показанная ниже, соответствует члену в приведенной выше формуле.Введите соответствующие значения во все ячейки, кроме той, которую вы хотите вычислить. Следовательно, по крайней мере две ячейки должны иметь значения, и не более одной ячейки может быть пустой. . Значение пустой ячейки будет рассчитано на основе других введенных значений. После выполнения вычисления вычисленная ячейка будет выделена, и последующие вычисления будут вычислять значение выделенной ячейки (без требования иметь пустую ячейку). Однако пустая ячейка имеет приоритет над выделенной ячейкой.

Для удобства этот калькулятор позволяет вам выбирать различные единицы массы, объема и концентрации, и для вас выполняются необходимые преобразования для получения значения пустой ячейки в желаемых единицах.

Комментарии и / или инструкции по приготовлению

Размещено: 2 августа 2013 г., пятница
Последнее обновление: 21 января 2018 г., воскресенье

Молекулярная основа кажущейся близкой к идеальности растворов мочевины

Abstract

Рассчитаны коэффициенты активности растворов мочевины для изучения механизма свойств раствора, которые лежат в основе его широко известного использования в качестве сильного денатурирующего агента.Мы выполняем моделирование свободной энергии растворов мочевины в различных концентрациях мочевины, используя две модели мочевины (модели OPLS и KBFF) для расчета и разложения коэффициентов активности. В случае мочевины мы разъясняем концепцию идеального раствора в различных масштабах концентрации и стандартных состояниях и его влияние на наш последующий анализ. Аналитическая форма коэффициентов активности зависит от единиц концентрации и стандартных состояний. Для обеих исследованных моделей мочевина демонстрирует слабую концентрационную зависимость избыточного химического потенциала.Однако для модели силового поля OPLS это является результатом вкладов, которые не зависят от концентрации в ван-дер-ваальсовых и электростатических компонентах, тогда как для модели KBFF эти компоненты нетривиальны, но противостоят друг другу. Сильная идеальность растворов мочевины в некоторых шкалах концентраций (что, кстати, подразумевает отсутствие возмущения воды) обсуждается с точки зрения последних данных и представлений о механизме денатурации белков мочевиной.

ВВЕДЕНИЕ

Молекулы в клетках функционируют в сильно переполненной, концентрированной, неидеальной среде раствора.Следовательно, обычные методы лечения, в которых используются концепции идеального предела раствора с бесконечным разбавлением, количественно неадекватны для многих биологических проблем. Мочевина — интересный случай. Он оказывает сильное зависящее от концентрации действие на переход фолдинга / денатурирования белков в растворе. Может показаться, что это связано с неидеальностью решения. Фактически, в некоторых шкалах концентрации он показывает существенные отклонения от идеала. Тем не менее, в молярной шкале он кажется почти идеальным. Много литературы посвящено тому, как мочевина должна изменять структуру воды, чтобы ее раствор стал таким мощным денатурирующим средством (1).Теоретические работы этой лаборатории и эксперименты других авторов ставят под сомнение гипотезу об изменении структуры воды (2,3).

Эффект осмолитов и многокомпонентной среды в целом заключается в изменении химических потенциалов компонентов, в первую очередь макромолекулярных растворенных веществ. Такие изменения приводят к различиям в стабильности конформаций и олигомеризации по сравнению с простыми водными растворами. Эффекты могут быть весьма значительными для биологических систем, где обычно используются мочевина, пролин, сахароза, глицерин и т. Д.(4,5). Чтобы учесть эти эффекты, мы должны рассмотреть свободную энергию (или активность) системы в целом.

Изменение свободной энергии Гиббса, dG , равно

(1)

, где S — энтропия, T — абсолютная температура, P — давление, n _i — число из i ^th видов и μ _i его химический потенциал. Системы, которые нас интересуют, по большей части являются изотермино-изобарными системами.Ожидается, что в многокомпонентной смеси термодинамическое состояние системы будет сильно зависеть от химических потенциалов. Однако интерпретация и даже измерение химического потенциала или активности затрудняются стандартным состоянием и даже используемой шкалой концентраций.

Для понимания реальных систем удобно начать с понимания свойств идеального решения. Идеальные решения — это удобное, хотя иногда и вводящее в заблуждение приближение к реальным решениям, так же как идеальный газ — приближение к реальным газам.Есть два хорошо известных идеальных решения. Одно из них представляет собой симметричное идеальное решение, а другое — разбавленный идеальный раствор (6). Изотопные и некоторые изомерные смеси являются типичными примерами, которые часто очень близки к симметричному идеальному раствору. Однако большинство чистых электролитов и осмолитов находятся в твердом состоянии для интересующего нас диапазона температуры и давления. Известно, что экспериментально определить относительную активность твердого состояния по отношению к чистой жидкости очень сложно.В таких случаях состояние бесконечно разбавленного раствора часто можно использовать в качестве стандартного состояния, после чего учитывается отклонение от разбавленного идеального раствора.

Реальное решение не является идеальным решением. Добавление растворенных веществ в жидкую воду обычно вызывает в большей или меньшей степени коллигативные эффекты, такие как снижение давления пара, повышение точки кипения, снижение точки замерзания и изменения осмотического давления. Эти свойства зависят только от количества молекул растворенного вещества в случае разбавленного идеального раствора.Они относительно независимы от химических свойств растворенных веществ для разбавленных растворов. Обычно они зависят от видов и концентраций растворенных веществ в реальных растворах.

Существующие теории решения, которые используют состояние бесконечно разбавленного в качестве стандартного состояния, чаще всего объясняют поведение раствора только в очень разбавленном растворе. Не существует полной аналитической теории, которая могла бы объяснить экспериментальные данные при концентрациях> 1,0 моль / л. Развивая такую теорию, Rösgen et al. недавно очень успешно подобрали отношения статистической суммы в качестве параметров к экспериментальным данным в ряду активности с анализом, основанным на выводе, вытекающем из полубольшого канонического ансамбля (7,8).Здесь, используя растворы мочевины в качестве интересного случая, мы хотели бы выяснить, являются ли подогнанные параметры истинными представлениями соотношений статистических сумм низкого порядка или просто эффективными коэффициентами, то есть прямыми представлениями или перенормированными. Мы обсуждаем зависимость от параметров модели мочевины, а также в разделе «Результаты и обсуждение».

Обычно сложно получить экспериментальную свободную энергию сольватации (избыточный химический потенциал) в большинстве электролитов и осмолитов. Одна из причин заключается в том, что коэффициенты относительной активности нетривиальным образом зависят от используемой шкалы концентраций.Другая причина заключается в том, что давление пара при комнатной температуре часто слишком мало для точного измерения. Smith et al. (9) вычислили свободную энергию сольватации мочевины. Однако их оценка основана на некоторых предположениях. Поскольку нет экспериментальных данных по давлению паров мочевины при комнатной температуре (мочевина практически нелетучая), они оценивались на основе экстраполированного значения давления паров при высоких температурах. Эти оценки трудно подтвердить, поскольку существующие экспериментальные данные по давлению паров мочевины противоречивы и имеют сомнительную точность (10,11).Также неясна применимость метода экстраполяции к низким температурам. Растворы мочевины демонстрируют поразительную очевидную зависимость от того, как мы рассматриваем их с точки зрения стандартного состояния и шкалы концентраций. Они близки к разбавленному идеальному раствору по шкале молярности, но не для других шкал, таких как мольная доля или моляльность, а также для симметричного идеального раствора (9), как показано ниже. Мы также показываем, что можно понять близкую к идеальности растворов мочевины, которая возникает при определенных масштабах и системах сравнения, путем молекулярного моделирования с соответствующим теоретическим анализом.

Прямых экспериментальных данных о свободной энергии сольватации (избыточном химическом потенциале) для растворов мочевины нет. Таким образом, трудно априори судить о применимости различных силовых полей для мочевины по величине свободной энергии сольватации, рассчитанной с помощью моделирования. Экспериментальные данные о свободной энергии водной сольватации существуют только для нескольких растворенных веществ, таких как некоторые небольшие алканы, спирты и амиды, поскольку такие растворенные вещества являются летучими при комнатной температуре. Вместо этого для мочевины у нас есть только экспериментальные данные коэффициента активности (12–14).Коэффициенты экспериментальной активности получают из данных осмотического коэффициента мочевины с учетом осмотического давления воды с помощью соотношения Гиббса-Дюгема.

В принципе, для любого силового поля коэффициент активности мочевины может быть получен путем расчета химического потенциала при различных концентрациях, хотя это требует высокой точности для сравнения с экспериментом. В этой статье мы исследуем, как и почему изменяется коэффициент активности при различных концентрациях растворов мочевины.Мы используем расчеты свободной энергии с выборкой из моделирования молекулярной динамики с двумя различными полностью атомными силовыми полями, чтобы генерировать гипотезы о механизме, объясняющем активность на молекулярном уровне. Мы надеемся выяснить происхождение поведения мочевины в водном растворе в качестве прелюдии к рассмотрению ее глубокого воздействия на белки.

Расчет химического потенциала с достаточной точностью для получения изменений коэффициента активности по-прежнему является сложной вычислительной задачей.Чтобы оценить изменение коэффициента активности путем моделирования, необходимо достаточно точно рассчитать химический потенциал. Здесь мы комбинируем и противопоставляем метод термодинамического интегрирования, метод возмущений и метод коэффициента приемлемости Беннета для наших расчетов коэффициента активности. Мы сравниваем результаты моделирования с экспериментальными данными в широком диапазоне концентраций мочевины.

В следующем разделе мы рассмотрим теоретические основы идеальных и неидеальных решений, а также часто путают концентрационную зависимость.Также объясняются методы расчета для получения достаточно точных химических потенциалов. Читатели, знакомые с связями законов Рауля и Генри с современными теориями решения проблемы, могут пропустить Идеальные решения. В разделе «Методы» представлены модели и детали моделирования. В разделе «Результаты и обсуждение» в контексте обеих моделей представлены данные. Заключение посвящено нашим замечаниям о том, что наши результаты говорят о механизме действия мочевины на белки.

ТЕОРИЯ

Для нашего последующего анализа мы должны отделить и количественно оценить эффекты стандартного состояния от зависимости химического потенциала или коэффициентов активности от масштаба концентрации.Мы начнем с обсуждения идеальности, которое имеет более одного определения в литературе. Это будет важно для соотнесения корреляций на молекулярном уровне с различными показателями неидеальности.

Идеальные решения

Сначала мы рассмотрим теоретические определения идеального решения, чтобы поместить нашу работу в контекст. Читатель, знакомый с этой областью и интересующийся случаем растворов мочевины, может перейти к разделу «Методы». Идея идеального решения была впервые разработана Раулем исторически (15).Рауль обнаружил, что давление пара компонента над жидким раствором при равновесии пропорционально мольной доле компонента в растворе,

(2)

(3)

где — химический потенциал вещества A в раствор смеси, представляет собой химический потенциал A в чистом виде A , p _A представляет собой парциальное давление пара A в смешанном растворе и представляет собой давление пара чистого A .

Здесь идеальный раствор определяется как раствор, который удовлетворяет следующему соотношению для мольных долей 0 ≤ x _A ≤ 1:

(4)

В этом определении нет необходимости предполагать, что пар это идеальный газ. Этот тип идеального решения получил название симметричного идеального решения (6). В уравнении. 4 второй член, правая часть, всегда ≤0,0, и это означает, что химический потенциал в смеси всегда меньше, чем в чистой жидкости.Обратите внимание, что симметричные идеальные решения определены при постоянных температуре и давлении.

Разность свободной энергии Гибба на молекулу или химический потенциал, Δ μ , когда идеальный раствор состоит из n _A вещества A и n _B вещества B становится

(5)

с изменением энтальпии Δ H и энтропии Δ S ,

(6)

(7)

Таким образом, нет изменения энтальпии (нет теплоты смешения) ( Уравнение6). Уравнение 7 — это энтропия смешения в идеальном газе. Следовательно, разница в химическом потенциале между системой n _A моль чистого A и системой смесей раствора n _A моль раствора A и n _B моль B равно

(8)

Это дает понять, что второй член в правой части уравнения. 4 — вклад энтропии смешения.

Каковы необходимые и достаточные условия для таких идеальных решений? Дифференцируя уравнение.4 на x _A имеем

(9)

С другой стороны, мы знаем из теории Кирквуда-Баффа (16),

(10)

, где ρ — числовая плотность, ρ = ρ _A + ρ _B = 〈 N _A〉 / V + 〈 N _B〉 / V и

(110003

)

называется интегралом Кирквуда-Баффа, который требует распределения радиальных пар, g _αβ ( r ), как функцию расстояния, r , между молекулярными частицами α и β .

Следовательно, необходимым и достаточным условием является отсутствие избытка или недостатка одной молекулы вокруг другой по сравнению с простым случайным распределением в среднем или что

(12)

Во многих растворах давление пара очень разбавленного растворителя растворенные растворы подчиняются

(13)

, где с этого момента мы рассматриваем A как растворенное вещество и B как растворитель. Это эмпирический закон для бесконечно разбавленных растворов при постоянной T .Таким образом, в частности, идеальным решением является чистый растворитель. Когда растворитель подчиняется закону Рауля в разбавленных растворах, растворенное вещество следует

(14)

Здесь p _A — давление пара растворенного вещества, а k _A — константа, которая зависит от вида растворенное вещество. Это соотношение напрямую выводится путем интегрирования соотношения Гиббса-Дюгема. Это называется законом Генри (17). В этом случае химический потенциал растворенного вещества становится

(15)

при x _A ∼ 0 (мы предполагаем, что газовая фаза представляет собой идеальный газ или очень разбавленный).Закон Генри можно вывести по-разному следующим образом. Когда мольная доля растворенного вещества приближается к 0, его давление пара также приближается к 0, и поэтому

(16)

является еще одним утверждением закона Генри. Следовательно, существование этого отношения пропорциональности не зависит от вида растворенных веществ или количества компонентов раствора. Константа пропорциональности k _A содержит фактическую зависимость от вещества. Аналогичным образом мы получаем следующие соотношения, используя различные единицы, такие как молярность, м , или молярность, ρ , вместо мольной доли, соответственно,

(17)

(18)

Давление пара растворенное вещество в бесконечно разбавленном растворе пропорционально мольной доле, моляльности или числовой плотности.Здесь мы показали пропорциональные отношения к давлению пара, но можно вывести аналогичные отношения для активности.

Обоснованность зависимости закона Генри от концентрации зависит от вида используемых веществ, но часто является хорошим приближением при низкой концентрации, когда мы не ожидаем значительных ассоциаций или влияний между молекулами растворенных веществ. Если закон Генри выполняется при высокой концентрации, химический потенциал такой же, как у бесконечно разбавленного раствора, то есть разбавленного идеального раствора.

Если химическая разница между растворенным веществом и растворителем очень мала, а раствор является симметричным идеальным раствором, закон Генри будет выполняться, если мы используем шкалы мольных долей или молярности. Другими словами, если это симметричный идеальный раствор с аналогичными молекулярными объемами, это также разбавленный идеальный раствор в масштабе мольных долей и шкале молярности. Разбавленный идеальный раствор по шкале моляльности является исключительным и не является симметричным идеальным раствором, даже если это разбавленный идеальный раствор, как объяснено ниже.

Регулярное решение, определенное Хильдебрандом, — это решение, которое удовлетворяет следующему (18):

(19)

Это немного отличается от определений Рауля в уравнениях. 6 и 7 на допустимое изменение Δ H . Это согласуется с предположением об отсутствии конкретных взаимодействий, таких как ассоциации между молекулами, так что распределение и ориентация молекул являются полностью случайными. Следовательно, не ожидается, что раствор мочевины будет регулярным, потому что он имеет специфические сильные взаимодействия и локальные ориентационные предпочтения через водородные связи.В обычных растворах предполагается, что тепловые флуктуации достаточно сильны, чтобы преодолеть специфические или ориентирующие взаимодействия между различными молекулами и вызвать случайное перемешивание. Если разница между двумя молекулами велика и случайного перемешивания не происходит, растворимость в этом случае, как правило, мала, и раствор становится очень разбавленным. В результате между молекулами растворенных веществ будет мало прямых взаимодействий.

Зависимость неидеальности от шкалы концентраций

Теперь мы обсудим общие решения, которые отклоняются от идеальных растворов, и зависимость измеренных изменений активности от шкалы концентраций.Мы можем написать

(20)

Здесь a _A — относительная активность, а γ _A — коэффициент активности. Значение представляет собой химический потенциал чистого A , поэтому γ _A = 1, когда x _A = 1. Различные неидеальные эффекты все включены в γ _A в этом выражении. Обратите внимание, что a _A считается «относительным», потому что мы использовали стандартное состояние. Если мы рассмотрим μ _A, не выбирая стандартное состояние,

(21)

, где f _A — это абсолютная активность.

Как указано выше, естественным выбором стандартного состояния является чистый раствор растворенного вещества. Однако большинство чистых солей и многие осмолиты являются твердыми, а не жидкими в том диапазоне температуры и давления, который нас обычно интересует (∼1 атм, ∼298 K). В этом случае химический потенциал чистой жидкости не поддается экспериментальному измерению. Другой естественный выбор стандартного состояния — бесконечно разбавленный раствор. Поэтому во многих случаях мы принимаем бесконечное разведение за стандартное состояние осмолитов.

Тот факт, что относительная активность, таким образом, определяется различными, несопоставимыми способами, вызывает путаницу в литературе. Только когда относительная активность по отношению к чистой жидкости может быть оценена экспериментально, принято считать чистую жидкость стандартным состоянием. Мы часто принимаем бесконечно разбавленный раствор за стандартное состояние, потому что его можно легко отнести к эксперименту.

Коэффициент активности при мольной доле x , когда стандартное состояние бесконечно разбавленное, можно ввести следующим образом:

(22)

Здесь — коэффициент активности бесконечно разбавленного раствора.Используя уравнение. 20 становится

(23)

с использованием стандартного состояния бесконечного разбавления. Таким образом, мы определяем сумму химического потенциала чистого A и вклада бесконечно разбавленного стандартного состояния как

(24)

, на которые можно ссылаться экспериментально.

Далее мы рассмотрим последствия изменения шкалы концентраций от мольной доли к моляльности [моль / кг]. Моляльность может быть выражена

(25)

, где M _B — масса [г / моль] растворителя B , а n _A и n _B — моль номера веществ A и B в системе.Соотношение между молярной долей и моляльностью просто

(26)

Подставляя уравнение. 26 в первом уравнении Ур. 23 имеем

(27)

, где м ₀ = 1 [моль / кг] было введено, чтобы сделать содержание ln безразмерным, и

(28)

Таким образом, мы определяем

( 29)

Уравнения 28 и 29 представляют собой коэффициент активности и химический потенциал в стандартном состоянии с бесконечным разбавлением со шкалой моляльности, соответственно.

Аналогично для единиц молярной концентрации, относящейся к бесконечному разбавлению,

(30)

, где [моль / л] — это числовая плотность чистого растворителя B и снова делает аргумент безразмерным и делает коэффициент активности в бесконечно разбавленный раствор 1.0 (см. уравнение 31 ниже). Коэффициент активности и химический потенциал стандартного состояния в шкале молярности:

(31)

(32)

(33)

Хорошо известная связь между молярностью и коэффициентами молярной активности для данной температуры и плотности может можно получить аналогично:

(34)

В качестве альтернативы можно просто использовать аналитическое преобразование между шкалами концентраций, которое не требует знания плотности при соответствующей температуре, полученной ранее, с хорошей точностью (7).

Химический потенциал растворенного вещества A в идеальных разбавленных растворах ( x _A ∼ 0, x _B ∼ 1), таким образом, выражается любым из следующих способов:

(35)

и химические потенциалы с точки зрения активности, и коэффициенты активности для обычных неидеальных разбавленных растворов равны

(36)

Моляльность и мольная доля растворов не зависят от температуры, но молярность зависит от температуры, поскольку объем и, следовательно, , плотность, изменяется в зависимости от температуры.Учитывая это, а также проблему объема по отношению к массе, очевидная неидеальность данного раствора качественно сильно отличается, если мы выбираем разные шкалы концентраций, за исключением предела бесконечно разбавленных растворов, где γ становится 1,0 в каждом масштабе.

Формы эталонного состояния химического потенциала

В этом разделе мы формально исследуем последствия интерпретации изменений химического потенциала для различных систем сравнения в различных единицах концентрации.Цель здесь состоит в том, чтобы сформулировать соответствующие отношения в терминах величин, легко вычисляемых из моделирования или теории жидкого состояния. Помимо количества молекул каждого вида нам потребуется средний объем 〈 V 〉 и избыточный химический потенциал.

Мы выполняем моделирование, приведенное в разделе «Результаты и обсуждение», в изобарно-изотермическом ансамбле или ансамбле NPT для расчетов избыточного химического потенциала. Уравнение 59 можно использовать для расчета химического потенциала, но оно относится к другому ансамблю.В общем, можно просто преобразовать результаты по Лежандру. Однако, поскольку корреляция между объемом и энергией в формуле. 59 мала в растворах мочевины (значения коэффициента корреляции в нашем моделировании составляли ∼0,15), мы можем надежно приблизительно преобразовать уравнение. 59–

(37)

Здесь берется среднее по ансамблю, и

(38)

Растворы мочевины при комнатной температуре и давлении являются плотными жидкостями, а количество мочевины слишком велико для успешной реализации метода введения частиц для Мы оценили три других метода ниже, термодинамическое интегрирование, теорию возмущений и метод приемлемого отношения Беннета-Панде, для оценки уравнения.37. Этот термин часто называют либо избыточным химическим потенциалом, либо свободной энергией сольватации. Подробные условия нашего моделирования описаны ниже в разделе «Методы».

Учитывая разбивку μ _A в уравнении. 37, теперь мы запишем форму химического потенциала в терминах величин, легко доступных при моделировании, в молярной доле, шкале моляльности и шкале молярности ниже:

(39)

, где члены со знаком * представляют собой значения в бесконечно разбавленном состоянии. .

Давайте сначала рассмотрим бесконечное разбавление как стандартное состояние. Учтите отклонение от разбавленного идеального раствора. В стандартном состоянии шкалы мольных долей химический потенциал и коэффициент активности становятся

(40)

(41)

В шкале моляльности, таким образом,

(42)

(43)

Мы видим что соотношение между коэффициентами активности в случае молярной доли и моляльности такое же, как показано в формуле. 28. А именно, уравнения.41 и 43 согласуются с формулой. 28 как должно быть.

В случае шкалы молярности, однако, мы имеем

(44)

(45)

Эти уравнения (уравнения 41, 43 и 45) в терминах легко вычисляемых величин показывают, как значение неидеальных растворов изменяются при изменении шкалы концентраций. Коэффициент активности в шкале молярности измеряет только разность избыточной свободной энергии (разность свободной энергии сольватации). Как хорошо известно, но часто недооценивают, кажущееся отклонение от идеальности для разбавленных растворов сильно зависит от масштаба.

Далее мы рассмотрим неидеальное отклонение для симметричного эталонного идеального решения. В этом случае стандартным состоянием является чистое растворенное вещество. Однако симметричные идеальные растворы обычно определяются шкалой мольных долей (уравнение 4), а не моляльностью или молярностью. Следовательно, стандартное состояние и коэффициент активности можно записать как

(46)

(47)

, где члены со знаком ** являются значениями для чистого растворенного вещества. Сделать коэффициент активности равным 1 можно двумя способами.0:

Случай 1:
Случай 2:

В смеси очень похожих молекул пример 1 достигается приблизительно. Это знакомый пример симметричного идеального решения. Случай 1 также делает Δ в уравнении. 41 и Δ в уравнении. 45 0,0. Следовательно, если это симметричный идеальный раствор и общее количество молекул в системе на единицу объема постоянно (), это также разбавленный идеальный раствор в шкале мольных долей и шкале молярности. Однако в формуле.43 не равно 0,0, потому что количество молекул растворителя изменяется, поэтому симметричные идеальные растворы не являются разбавленными идеальными растворами по шкале моляльности.

Мы также можем принять чистое растворенное вещество в качестве стандартного состояния по шкале молярности и шкале молярности. Этот выбор, однако, не позволяет измерить отклонение от симметричных идеальных растворов, поскольку симметричные идеальные растворы обычно определяются шкалой мольных долей. В шкале моляльности стандартное состояние и коэффициент активности можно определить как

(48)

(49)

Без каких-либо молекул растворителя возникает численная проблема.В уравнениях. 48 и 49 стандартное состояние чистого растворенного вещества эффективно вызывает

(50)

Следовательно, нецелесообразно или удобно принимать чистое растворенное состояние в качестве стандартного состояния в шкале моляльности.

Для шкалы молярности стандартное состояние и коэффициент активности будут

(51)

(52)

Очевидно, что выбор шкалы стандартного состояния и концентрации изменяет значение коэффициента активности качественно и поддающимся количественной оценке.

Расчет избыточного химического потенциала путем моделирования

Далее нам потребуется точный способ расчета изменения избыточной свободной энергии или химического потенциала в растворе для добавления растворенного вещества. Для изучения механизма и управления силовым полем ниже используются два варианта: хорошо известный OPLS (19) и новый KBFF, разработанный Смитом и соавторами (20). Мы демонстрируем характеристики эффективности и точности для трех методов расчета. Мы представляем здесь краткий обзор методов сначала для согласованности.В недавней литературе есть значительно более подробные технические обзоры (21).

Метод термодинамического интегрирования

Хорошо известный метод термодинамического интегрирования вычисляет разность свободной энергии между состоянием i и состоянием j по

(53)

Здесь мы приняли функцию потенциальной энергии U ( λ ) записывается как функция параметра связи, λ и λ = 0 и λ = 1 соответствуют состоянию i и состоянию j , соответственно.Мы можем определить множество различных функциональных зависимостей для λ , соответствующих различным путям интеграции. Простое линейное изменение:

(54)

Мы считаем, что начальная и конечная системы соответствуют системе частиц N и системе частиц N + 1, соответственно. Хорошо известный полюс в начале взаимодействия Леннарда-Джонса относительно λ . Чтобы избежать числовой нестабильности, иногда используется нелинейная функция для уменьшения больших абсолютных значений при малых λ .Следующая потенциальная функция мягкого ядра была разработана, чтобы избежать сингулярности во взаимодействиях Ван-дер-Ваальса (vdW), чтобы точно рассчитать разность свободной энергии (22,23):

(55)

Мы приняли этот потенциал мягкого ядра в нашем расчеты.

Метод возмущений

В так называемых термодинамических методах возмущений мы выводим без каких-либо приближений:

(56)

Это уравнение означает, что мы можем получить разности свободной энергии между состоянием i и состоянием j с помощью вычисление среднего по ансамблю экспоненты разности потенциальной энергии в состоянии i ансамбль.Этот метод полезен только тогда, когда состояние j может быть удобно выбрано из состояния i . Во избежание затруднений обычно делят регион на множество подобластей:

(57)

(58)

Этот метод маленьких окон или ступенек усугубляется, если энергетический барьер внутри или между подобластями велик. Другой подход к решению заключается в использовании нефизической выборки, такой как вложение проблемы в пространство более высокой размерности или использование методов обобщенного ансамбля.Мы обнаружили, что можем использовать формулу. 57 или 58, потому что наш раствор мочевины не был таким сложным.

Метод вставки тестовых частиц Widom

Для полноты мы упомянем метод вставки Widom, который использует как концептуальные, так и практические аспекты (21,24). Основное уравнение метода Видома (24) может быть получено как уравнение. 56 в ансамбле NPT,

(59)

, где мы показываем уравнение в случае одноатомного. В ансамбле NVT мы имеем

(60)

В этом методе мы случайным образом вставляем частицу в систему и вычисляем потенциальную энергию, с которой взаимодействует вставленная частица.Этот метод очень хорошо работает в системах с низкой плотностью, но не работает в плотных жидкостях и твердых телах, особенно когда вставленная молекула является большой. Поэтому точность расчета часто недостаточна, особенно при расчете коэффициентов активности с помощью этого метода.

В случае многоатомных молекул химический потенциал становится следующим вместо уравнения. 59,

(61)

, где q представляет собой члены вращательной, колебательной, электронной и ядерной статистической суммы.Мы предполагаем, что эти члены могут быть отделены от интеграла конфигурации, не беспокоясь о том, выражаются ли они классическим или квантово-механическим способом. Это предположение нарушается, когда сильное внутримолекулярное взаимодействие меняет счет степеней свободы. В этой статье мы устанавливаем q = 1 (уравнение 59).

Метод отношения Беннета-Панде

Метод Беннета (25) для оптимизации выборки был первоначально реализован для ускорения сходимости методов Монте-Карло.Совсем недавно Панде с соавторами (26) использовали этот принцип для достижения оптимального отбора проб в варианте известного метода термодинамической теории возмущений. Исходные данные для расчета свободной энергии по сути те же. Отличие от методов возмущений заключается в числовой точности. Метод Беннета сводит к минимуму статистическую ошибку. Два основных уравнения:

(62)

, где

(63)

Здесь n ₀ и n ₁ — номера выборок в ансамблях в состоянии 0 и состоянии 1. , соответственно.На практике мы строим обе стороны уравнения. 62 как функцию от C , и решите для C , который удовлетворяет этому уравнению. Тогда у нас будет

(64)

Если мы соберем такое же количество образцов ( n ₀ = n ₁), мы сможем вычислить разницу свободной энергии:

(65)

Это Метод использует те же входные данные, что и метод возмущений ( U ₁ — U ₀), но недавние исследования показывают, что часто это лучший способ получить разности свободной энергии (26–28).

МЕТОДЫ

Мы хотим понять механизм, с помощью которого модель может воспроизводить эксперимент. В качестве контроля и иллюстрации мы оценили две разные модели мочевины, а именно OPLS (19) и KBFF (20), и исследовали зависимость коэффициентов активности от параметров силового поля. Мы показываем параметры этих двух моделей в формате. Геометрия моделей карбамида такая же. Мы приняли модель TIP3P для воды, и незначительные последствия были отмечены ранее (2).

ТАБЛИЦА 1

Параметры силового поля для моделей OPLS (19) и KBFF (20)

	Масса	Заряд	ɛ (кДж / моль)	σ σ нм)
OPLS
O	15.999	-0,390	0,87864	0,296
C	12,011	0,142	0,43932	0,375
N1	14,007	-0,5833 9001 9001 0,6833 8 h21	1,008	0,333	0,00000	0,000
h22	1,008	0,333	0,00000	0,000
N2	14.007	−0,542	0,71128	0,325
h31	1,008	0,333	0,00000	0,000
h32	1,008	0,333			0,333			0,333 900,000
O	15,999	-0,675	0,56000	0,310
C	12,011	0,921	0.41700	0,377
N1	14,007	−0,693	0,50000	0,311
h21	1.008	0,285	0,08800	0,158 3	0,08838	0,158 0 900 9085	0,08800	0,158
N2	14,007	−0,693	0,50000	0,311
h31	1.008	0,285	0,08800	0,158
h32	1,008	0,285	0,08800	0,158

Модель мочевины KBFF была разработана для воспроизведения экспериментальных данных о деятельности. В Weerasinghe и Smith (29) они определили распределение заряда для атомов мочевины, используя интегралы Кирквуда-Баффа, полученные в результате моделирования. Соотношения Кирквуда-Баффа дают производные формы коэффициентов активности.В дальнейшем их необходимо интегрировать, например, приняв предложенную экспериментально функциональную форму. Однако G-факторы Кирквуда-Баффа сходятся очень медленно, и трудно получить точные значения при моделировании.

Параметры OPLS широко использовались в литературе для моделирования и моделирования различных систем. Модель OPLS соответствовала нескольким свойствам жидкого состояния, включая, среди прочего, теплоту сольватации (19).

Используя две разные модели, мы надеемся получить представление о зависимости силового поля в предполагаемом механизме.В этой статье для этих потенциалов мы рассчитываем химический потенциал непосредственно из моделирования методами, описанными в разделе «Теория», и таким образом получаем относительные коэффициенты активности для непосредственного сравнения с экспериментом. Таким образом, мы тестируем несколько методов в диапазоне концентраций в надежде получить достаточную точность для оценки точности моделей для этой цели. В дальнейшей работе мы рассмотрим трехкомпонентные растворы, в состав которых входит полипептид.

Мы приготовили водные растворы мочевины с семью различными концентрациями для моделей OPLS и KBFF от разбавленного раствора до чистой мочевины.Сначала мы приблизительно оценили молекулярный объем одной мочевины, чтобы получить ожидаемые концентрации. Это было примерно в два с половиной раза больше объема одной воды. Для состояния чистого растворенного раствора, поскольку мочевина является твердым веществом при комнатной температуре, образец чистой мочевины был уравновешен при более высокой температуре и переохлажден до 298 K.

Для приготовления наших растворов мы взяли уравновешенный контейнер для воды и контейнер для мочевины. , и произвольно удалили необходимые молекулы мочевины и воды из каждого из этих ящиков по очереди, чтобы получить необходимое количество для желаемых концентраций раствора.Вместо стандартной замены мы приводим эти две коробки в контакт с нормальными периодическими граничными условиями в большом объеме, эквивалентном двум чистым жидкостям. Затем объемы были уменьшены до заданного значения, чтобы смешать мочевину и воду. Таким образом, мы подготовили системы, определив количество молекул мочевины и воды и сократившись до заданного объема. Мы выполнили минимизацию для 500 шагов и смешали в течение 100 пс моделирования NVT для каждой концентрации. Температуру контролировали по методу Нозе до 298 К (30).В этом процессе было обнаружено, что перемешивание происходило не только самопроизвольно, но фактически довольно быстро, порядка времени, необходимого для усадки коробки. Затем мы выполнили уравновешивание NPT при 300 пс при 298 К и 1 атм, используя метод Нозе-Андерсона для контроля температуры и давления (30,31). Конечные размеры системы в каждом случае близки к 34 Å × 34 Å × 34 Å.

Таким образом, мы получили начальные конфигурации растворов мочевины при семи различных концентрациях для двух различных моделей мочевины.Общее количество рассмотренных систем составляет 14 (модель мочевины 7 концентраций × 2). Все системы в наших симуляциях перечислены в. Приведены типичные снимки конфигураций растворов мочевины KBFF в, что качественно подтверждает хорошее перемешивание.

Типичные снимки растворов карбамида KBFF. Цифры соответствуют системам мольных долей 0,0007657 ( a ), 0,08106 ( b ), 0,1840 ( c ) и 1,0 ( d ) соответственно. Только атомы внутри сферы с 9.Радиус 0 Å в центре конкретной молекулы мочевины нарисованы. Молекулы мочевины нарисованы как заполняющие пространство, а молекулы воды представляют собой шар и палку. Для этого рисунка использовался VMD.

ТАБЛИЦА 2

Обозначения: N _u, количество молекул мочевины и N _w, количество молекул воды

	N _u 1		_w	Молярная доля	Молярность	Молярность	Объем
OPLS	1	1305	0.0007657	0,04253	0,04288	38,73	1,011
	47	1188	0,03806	2,196	2,029	38,47		2,029	38,47	0,08106	4,896	4,089	38,58	1,081
	142	955	0,1294	8.254	6,152	38,32	1,115
	189	838	0,1840	12,52	8,209	38,23	1,149
	1,149
	20,83	11,04	37,31	1,193
	530	0	1,0	—	22,65	38.85	1,361
KBFF	1	1305	0,0007657	0,04253	0,04286	38,75	1,010
	47
	47	0,09	38,78	1,037
	95	1077	0,08106	4,896	4,027	39,17	1.064
	142	955	0,1294	8,254	6,031	39,10	1,093
	189	838	0,1840 9407			12 840 9002 908 1,118
	248	661	0,2728	20,83	10,70	38,50	1,156
	530	0	1.0	—	22,41	39,27	1,346

Поскольку все системы имеют очень похожий размер коробки, мы использовали одинаковую длину отсечки 15 Å для взаимодействий vdW, которая составила> 4 σ . Мы использовали метод Эвальда для электростатических взаимодействий (32). В проводимых здесь исследованиях может быть очень важно точно оценить электростатические взаимодействия, чтобы правильно различать модели потенциальной энергии. Известно, что расчет свободной энергии очень чувствителен к методу, используемому для расчета электростатической энергии (33).

Мы рассчитали химические потенциалы по формуле. 37 вставка одной молекулы мочевины. Срок для уравнения. 38 был рассчитан с использованием температуры и средних объемов. уравнения 38 был рассчитан тремя разными методами. Это метод термодинамического интегрирования, метод возмущений и метод коэффициента приемлемости Беннета. При вычислении мы разделили потенциальную энергию внедренной молекулы мочевины на vdW и электростатические составляющие для последующего анализа.

В случае vdW-взаимодействий потенциал мягкого ядра (уравнение.55). Диапазон для λ был разделен на 50 подобластей (= 51 балл). Таким образом, мы вычислили 51 λ -точек подынтегрального выражения уравнения. 53 для термодинамического метода интегрирования и для метода возмущений с использованием формул. 57 и 58. Те же данные выборки, которые использовались для метода возмущений, были использованы для метода Беннета после Панде. В случае вкладов электростатического взаимодействия мы использовали уравнение. 54 и разделил λ на 25 подобластей (= 26 точек). Если сначала выполнить отталкивающую сердцевину, сингулярности не останется, поэтому нет необходимости использовать потенциал мягкой сердцевины для электростатических взаимодействий.

В случае метода термодинамического интегрирования, построение подынтегральной функции уравнения. 53 в рассчитанных λ -точках и численно интегрировав, мы получим избыточный химический потенциал. В случае методов возмущения и Беннета мы использовали уравнения 57, 58 и 62 соответственно. Суммирование дробной разности свободной энергии в рассчитанных λ -точках дает избыточный химический потенциал. Входные данные для уравнения. 62 — это U _j — U _i, и это то же самое, что и в случае метода возмущения.Как мы покажем в следующем разделе, эти три разных метода дают нам почти одинаковые значения, если выборка дает достаточную точность, как и ожидалось. Ниже мы приводим несколько примеров схем расчета свободной энергии.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Расчет химического потенциала

Рассмотрим теперь результаты расчетов μ ^{избытка}, а также μ как функции концентрации и стандартного состояния. показывает путь интеграции для наиболее разбавленного раствора KBFF.Планка погрешности каждой точки оценивалась путем разделения данных на 10 блоков и вычисления стандартного отклонения средних значений. Планки погрешностей были наибольшими в области наибольшей кривизны. Этот регион требует большего количества выборок для точных оценок. Точки между 0,26 < λ <0,60 дюйма были рассчитаны на основе моделирования за 1 нс, а другие точки - из моделирования за 160 пс. Интегрирование этого пути от 0 до 1 дает разность свободной энергии передачи vdW от вакуума к раствору.- соответствующий показатель для электростатической части. Суммируя интегрированные значения, получаем полную разность свободной энергии (избыточный химический потенциал).

Компоненты интегрируемой функции избыточного химического потенциала в случае наиболее разбавленного раствора мочевины KBFF. ( a ) Путь интегрирования для расчета vdW-членов избыточного химического потенциала методом термодинамического интегрирования. Интегрирование этого пути относительно лямбда становится полным избыточным химическим потенциалом vdW.( b ) 51 λ -точка для расчета vdW-членов избыточного химического потенциала методом приемочного отношения Беннета ( черная звездочка ) и методом возмущений (+, уравнение оценки 57, синий кружок ; — , расчетное уравнение 58, красный треугольник ). Добавление разницы в 51 точку дает общий избыточный химический потенциал vdW. Звездочка и круг очень хорошо перекрываются. ( c ) Аналогично панели a для электростатических условий.( d ) Аналогично панели b для электростатических условий.

, показаны рассчитанные значения λ -точки в наиболее разбавленном растворе для метода возмущений и метода Беннета с использованием модели KBFF. Мы видим, что точки оценки Беннета почти перекрывают точки оценки возмущения. Суммирование значений дает полную разность свободной энергии.

Основываясь на экспериментальных тенденциях, мы ожидали, что отклонения от идеальности будет трудно получить с достаточной точностью, чтобы оценить разницу между моделями.Таким образом, мы проверили точность и сходимость трех различных методов свободной энергии. Мы подтвердили, что значения свободной энергии, рассчитанные этими тремя различными методами, дали одинаковые значения для каждой системы. Например, в системе значений, полученных методом термодинамического интегрирования, методом возмущений и методом Беннета, составляют соответственно 2,147, 2,113 и 2,138 кДж / моль для части vdW и -46,411, -46,393 и -46,398 кДж / моль. для электростатической части соответственно. Тестирование сходимости в модельных системах показало, что метод Беннета, реализованный Панде и соавторами (26), дает наименьшие ошибки для заданного объема выборки (данные не показаны).Учитывая это, а также точность всех методов ниже кДж / моль, мы использовали оценки по методу Беннета в следующем анализе для всех других систем.

показывает химические потенциалы и их компоненты, полученные в результате нашего моделирования. Поскольку μ _A OPLS является более отрицательным, чем KBFF при той же концентрации, мочевина OPLS растворяется в водных модельных растворах с использованием водной модели TIP3P лучше, чем мочевина KBFF.

ТАБЛИЦА 3

Химический потенциал и его компоненты для растворов мочевины модели OPLS и KBFF с использованием уравнения.37

− — 9033 55,13 −831

Молярная фракция					μ _A
OPLS
0,000833 9033 9033	−96,44
0,03806	−31,76	0,66	−56,40	−55,74	−87,49
0,08106	−30.02	0,33	−56,19	−55,86	−85,88
0,1294	−29,01	0,49	−56,56	−56,07	−85,08
0,19	0,040	−56,63	−56,59	−84,88
0,2728	−27,56	−0,63	−57,11	−57,73	−85,29
00	−25,78	−1,29	−56,43	−57,72	−83,50
KBFF
0,0007657	−41,31	2,14	−46,40 −833 900,26	2,14	−46,40 −833 900,26
0,03806	−31,78	1,29	−45,57	−44,29	−76,06
0,08106	−30,06	0,38	−44,79	41	−74,46
0,1294	−29,06	−0,27	−44,22	−44,49	−73,54
0,1840	−28,36	−1,16 900,12 44,28	−72,64
0,2728	−27,64	−2,44	−41,83	−44,28	−71,91
1,00	−25.80	−440	−43,23	−69,03

Идеальная часть химического потенциала не так сильно зависит от модели взаимодействия (см., Например, уравнение 38). Фактически, только небольшие различия в объеме или плотности зависят от модели. Термин «длина волны де Брогли» явно общий для решений OPLS и KBFF. увеличивается с увеличением концентрации, потому что количество молекул мочевины в объеме увеличивается (см. уравнения 37 и 38). Таким образом, энтропия при более высокой концентрации мочевины (мольная доля) меньше, чем при более низкой, как и должно быть.

Мы видим, что в растворах KBFF избыточный химический потенциал почти постоянен, за исключением системы чистой мочевины. Это требует значительного сокращения для получения такой же избыточной свободной энергии сольватации при различной концентрации мочевины для силового поля KBFF. С другой стороны, для силового поля OPLS уменьшается с увеличением концентрации. Для такого силового поля мы видим, что общий химический потенциал изменяется и избыточная часть движется в разных направлениях. Интерпретация только избыточной сольватационной части свободной энергии, как это часто делается при простом моделировании, указывает на то, что мочевина растворяется в растворах с более высокой концентрацией мочевины более благоприятно.

В, мы исследуем потенциальные компоненты этого, и vdW часть избыточного химического потенциала показывает тенденцию к снижению по мере увеличения концентрации для обеих моделей. Однако эта тенденция не означает, что в растворах мочевины образование каверн более благоприятно, чем в чистой воде, поскольку у нас есть привлекательные частичные вклады, которые следует учитывать. Ikeguchi et al. (34) рассчитали профиль свободной энергии с использованием потенциала Леннарда-Джонса, изменив σ на постоянное значение ε , и ясно показали, что чем больше исключенный объем, тем менее растворим в водной мочевине растворенное вещество, чем в чистой воде.Следовательно, эта тенденция к уменьшению части vdW с увеличением концентраций вызвана не тем, что растворы мочевины обязательно предпочитают только образование полости больше, чем чистую воду с высокими концентрациями мочевины, а потому, что они больше предпочитают взаимодействия vdW с введенной мочевиной.

, электростатический член, заметно не зависит от концентрации для модели OPLS с зашумленными вариациями порядка десятых долей кДж / моль. С другой стороны, модель KBFF демонстрирует плавное изменение на 5 кДж / моль в исследуемом здесь диапазоне концентраций.Мы интерпретируем это как рост неблагоприятных электростатических взаимодействий в растворах KBFF по мере увеличения концентрации мочевины. KBFF имеет значительно большие атомные заряды, чем OPLS или другие распространенные модели. Этому зарядовому вкладу противостоят почти равные и противоположные положительные вклады взаимодействия vdW. Это приводит к избыточному химическому потенциалу, который становится довольно плоским по отношению к концентрации для модельных растворов KBFF. Напротив, OPLS монотонно уменьшается с увеличением концентрации.

Общий химический потенциал, μ _A, увеличивается (становится менее отрицательным) по мере увеличения концентрации для обоих растворов частично из-за энтропийного эффекта, который включен в. Учитывая размер членов, мы находим влияние на μ _A из прочнее, чем из для растворов мочевины.

показывает коэффициенты активности в различных шкалах концентраций: шкале мольных долей (), шкале моляльности () и шкале молярности ().Для этих графиков мы взяли стандартное состояние как наиболее разбавленную систему в нашем моделировании, аппроксимируя бесконечное разбавление традиционным вычислительным способом. Исходные экспериментальные данные (12–14) были в шкале моляльности, и необходимо было преобразовать данные, чтобы получить экспериментальные коэффициенты активности в различных шкалах. Мы преобразовали шкалу концентраций с использованием экспериментальных данных плотности (35) от шкалы моляльности () до мольной доли () и шкалы молярности () с помощью уравнения.28 и уравнение. 34. Обратите внимание, что мы не использовали никаких экспериментальных данных для наших смоделированных коэффициентов активности. Сначала мы видим, что разница в коэффициентах активности поразительна по сравнению с различными шкалами концентрации. Значения в трех различных шкалах совпадают друг с другом только в растворах с очень низкой концентрацией, как и ожидалось.

Коэффициенты активности в различных шкалах. ( a ) Коэффициенты активности в шкале мольных долей. ( b ) Коэффициенты активности в шкале моляльности.( c ) Коэффициенты активности в шкале молярности. Сплошные квадратные метки соответствуют раствору мочевины KBFF по результатам нашего моделирования. Сплошные ромбовидные метки предназначены для раствора мочевины OPLS согласно нашим моделированиям. Множественные отметки — экспериментальные значения (12–14,35).

Мы видим, что коэффициенты активности модели KBFF очень хорошо соответствуют экспериментальным, как и ожидалось, поскольку это была основа для параметризации силового поля. С другой стороны, OPLS систематически меньше, чем эксперимент.Эта модель не соответствовала деятельности. Наш высокоточный метод расчета коэффициентов активности показал, что модель KBFF фактически воспроизводит экспериментальные данные даже лучше, чем авторы ожидали в Weerasinghe и Smith (20). Поскольку коэффициенты Кирквуда-Баффа G очень медленно сходятся как по времени, так и по длине, прямой расчет химического потенциала термодинамическим методом, таким как метод Беннета Панде, дает более легко контролируемую точность.

Рассмотрим происхождение разницы коэффициентов активности.показывает коэффициенты активности в шкале мольных долей. Данные моделирования были рассчитаны по формуле. 41. Молекула мочевины примерно в 2,5 раза больше, чем молекула воды, поэтому это значение, которое зависит от количества растворенных веществ и молекул растворителя в объеме, уменьшается с увеличением концентрации мочевины. Это хорошо известным классическим способом способствует уменьшению коэффициентов активности по мере увеличения концентрации. Если объем растворенного вещества меньше, чем объем растворителя, эффект становится противоположным.Однако в большинстве водных растворов вода меньше растворенного вещества, поэтому этот член способствует уменьшению коэффициентов активности.

отображает наши результаты в шкале моляльности. Он был рассчитан по формуле. 43. Количество, которое является функцией количества молекул растворителя в объеме, всегда уменьшается с увеличением концентрации растворенного вещества. Это также способствует уменьшению коэффициентов активности по мере увеличения концентрации.

показывает, что решения модели KBFF очень близки к идеальному раствору по шкале молярности.Коэффициенты активности в этой шкале основаны на формуле. 45. Таким образом, идеальность шкалы молярности основана на том факте, что избыточный химический потенциал (свободная энергия сольватации) почти одинаков при различных концентрациях (см.). С другой стороны, коэффициенты активности растворов мочевины OPLS уменьшаются с увеличением концентрации. Это связано с тем, что свободная энергия сольватации растворов мочевины OPLS уменьшается с увеличением концентрации (см.). Еще раз отметим, что коэффициент активности в шкале молярности наиболее четко отражает избыточный химический потенциал или избыточную свободную энергию сольватации.

Сравниваем результаты в. Конечно для данной модели это обычное дело. Таблицы ясно показывают влияние масштаба концентрации в и всегда меньше, чем в той же системе из определений (см. Уравнения 41 и 43), в результате коэффициенты активности в шкале моляльности всегда меньше, чем в шкале мольных долей. .

ТАБЛИЦА 4

Коэффициенты активности в различных масштабах

Коэффициент активности часто рассматривается как коэффициент концентрации в различных контекстах, включая выражение химического потенциала.В этом случае предполагается, что независимо от шкалы концентраций, если коэффициент активности вещества удвоить, тот же химический потенциал будет получен на половину количества вещества. Однако такое использование понятий сбивает с толку из-за сильной зависимости коэффициента активности от шкалы, как мы видели. Классическое определение полезно только для очень разбавленных растворов, в которых каждая шкала дает по существу одно и то же значение. Это предположение неверно для высоких концентраций растворенных веществ, например, в живых клетках.Строго говоря, активность не является эффективной концентрацией, как указывалось ранее (7).

Мы предлагаем использовать сам химический потенциал, чтобы избежать путаницы в теоретических исследованиях. Химический потенциал не зависит от того, какой масштаб мы используем. Одна из трудностей состоит в том, что в ходе экспериментов мы чаще всего получаем коэффициенты активности по шкале моляльности. Для восстановления химического потенциала необходимо иметь значение эталонного состояния, что, к сожалению, практически недоступно экспериментально.

Наши результаты моделирования показывают, что модель мочевины KBFF (20) хорошо воспроизводит экспериментальные данные. Другие простые неполяризуемые модели могут воспроизводить экспериментальные данные коэффициента активности, но не очевидно, какие еще формы могла бы принять такая модель. Причина, по которой модель мочевины KBFF воспроизводит экспериментальные коэффициенты активности, заключается в том, что избыточный химический потенциал практически одинаков при разных концентрациях. Это вызвано отменой части vdW на электростатическую часть при увеличении концентрации.С другой стороны, в модели мочевины OPLS вклад vdW немного уменьшается, но электростатическая часть не имеет тенденции к увеличению с увеличением концентрации, и это способствует меньшему коэффициенту активности. Обратите внимание, что если бы можно было спроектировать параметры силового поля так, чтобы часть vdW увеличивалась, а электростатическая часть соответствующим образом уменьшалась, в результате получилось бы идеальное решение в шкале молярности.

Модель мочевины KBFF была разработана путем интеграции обратной теории Кирквуда-Баффа.Поскольку теория базы знаний касается только производных форм, для получения абсолютных значений необходима дополнительная информация. Таким образом, интегралами Кирквуда-Баффа G выражается только производная коэффициента активности. Для получения коэффициента активности необходимо принять соответствующую форму избыточной свободной энергии Гиббса. Мы не можем узнать об абсолютной активности только из теории Кирквуда-Баффа. Избыточный химический потенциал не может быть получен экспериментально в большинстве осмолитов и электролитов, потому что давление пара при комнатной температуре слишком низкое для точного измерения.

Результаты нашего моделирования показывают, что избыточная свободная энергия сольватации модели KBFF примерно на 10,0 кДж / моль выше, чем у модели OPLS (см.). С другой стороны, разница в 1-2 кДж / моль от химического потенциала в стандартном состоянии (наиболее разбавленная система) приводит к разнице коэффициентов активности (см.).

Это означает, что большая разница в свободной энергии сольватации регулирует небольшую разницу в коэффициентах активности. Модель KBFF воспроизводит экспериментальные данные коэффициента активности, но достоверность свободной энергии сольватации неизвестна.Нет экспериментальных данных о свободной энергии сольватации для мочевины, поэтому в настоящее время трудно судить, какая модель мочевины лучше подходит для избыточной сольватации. Weerasinghe and Smith (20) — первая попытка создать термодинамически точное силовое поле на основе теории Кирквуда-Баффа. Не все молекулярные или макроскопические свойства задаются одним приближенным силовым полем среднего поля, и OPLS имеет множество свойств, не включая активность, которые лучше воспроизводят эксперимент (19), чем KBFF.

Сравнение параметров

Далее мы рассмотрим теорию решений для анализа экспериментальных коэффициентов активности, которая была недавно разработана в литературе (7,8).Там форма аналитического коэффициента активности была получена с использованием только первых нескольких членов полубольшого канонического ансамбля. Подбор экспериментальных данных для мочевины (и других соединений) данных коэффициента активности был по существу количественным от разбавленного раствора до насыщения (подробности см. В (8)). На вопрос о физической интерпретации параметров нельзя ответить однозначно, не установив, относятся ли подгоночные коэффициенты непосредственно к отношениям конфигурационных интегралов низкого порядка или эффективно включают эффекты члена более высокого порядка.

Для краткого обзора процедуры мы определяем количество вод N _w, химический потенциал растворенного вещества μ , давление P и температуру T , которые постоянны в энергонезависимой среде Хилла. — абсолютный полубольшой канонический ансамбль. Среднее количество молекул растворенного вещества в системе обычно записывается как

(66)

, где изотермически-изобарная статистическая сумма для растворенных веществ N составляет

(67)

, а абсолютная активность составляет

(68 )

В случае бесконечно разбавленного раствора уравнение.66 становится

(69)

Таким образом, химический потенциал в бесконечно разбавленном состоянии равен

(70)

Этот термин можно легко извлечь из результатов предыдущего раздела для мочевины.

Если раствор имеет конечную концентрацию, необходимы дополнительные члены. Если предположить, что fY ₁/ Y ₀ мало, уравнение. 66 может быть аппроксимировано первыми двумя членами как

(71)

Коэффициент активности по шкале моляльности, м , становится

(72)

, где для термодинамического числа гидратации N _w, и молярный вес воды, M _w, мы определяем

(73)

(74)

Количество m ₀ = 1 [моль / кг] было введено, чтобы сделать термин безразмерным. .В этом случае коэффициент активности, уравнение. 72, можно подогнать к экспериментальным данным одним параметром G ′ _{2, m} = 23,5. Поскольку значение г ′ _w (= эффективная молекулярная масса воды в граммах × число Авогадро) неизвестно, трудно напрямую сравнить этот параметр с результатами нашего моделирования. Обратите внимание, что экспериментальные данные соответствуют одному параметру с точностью до нескольких процентов до предела растворимости.

В случае, если fY ₁/ Y ₀ не является малым, его необходимо включить в знаменатель и уравнение.66 аппроксимируется как

(75)

В этом случае коэффициент активности в шкале моляльности становится

(76)

Эта функция должна соответствовать экспериментальным данным с использованием двух параметров и комбинаций G ′ Были выбраны _{2, m} и g ′ _w. Полученные значения G ′ _{2, m} и g ′ _w составляют ∼20,98 и 0,003060, соответственно, подразумевают, что G ₂ равно 0.06420, а количество молекул воды N _w, полученное по формуле 0,1698, составляет 0,1698. 74. N _w можно интерпретировать как предельное термодинамическое сольватационное число мочевины для усеченного ряда Ур. 66 экстраполировано из предела растворимости. Очевидно, что значение 0,1698 неоправданно мало, если смотреть с молекулярной точки зрения.

Мы можем преобразовать это в форму, совместимую с нашим текущим анализом. Подставляя значение g ′ _w в уравнение.73 и принимая натуральный логарифм, получаем

(77)

Давайте посмотрим, согласуется ли это значение, полученное с помощью параметрического метода, с нашими смоделированными химическими потенциалами. Химический потенциал в бесконечном разбавленном растворе был уравнением. 70, и, таким образом, химический потенциал для двухмолекулярной системы может быть выражен как

(78)

С другой стороны, данные нашего моделирования показывают, что избыточный член химического потенциала практически постоянен при низких концентрациях.Например, разница в химическом потенциале систем ∼2 M и ∼4 M составляет ∼1,6 кДж / моль для моделей OPLS и KBFF. Эта разница в основном вызвана не избыточными химическими членами, а вторым членом в формуле. 38. А именно, удвоение концентрации вызывает разницу в кТл ln 2 ∼ 1,7. Это свойство будет также верно при двух более низких концентрациях, таких как 0,01 М и 0,02 М, из-за почти постоянного избыточного члена, полученного в результате моделирования при низких концентрациях (см.).Таким образом, наше моделирование предполагает, что

(79)

, что соответствует почти идеальности в молярной шкале, но отличается от результата двухпараметрической подгонки -6,803 кДж / моль.

Наши данные моделирования в сочетании с результатом подгонки одного параметра дают более разумное сольватационное число N _w = 1: 23,5 × 1000 / 18,05 = 2,36 (обратите внимание, что соотношение мочевины и воды в растворимости составляет 1: 2,665). предел). Поэтому небольшое улучшение подгонки за счет использования двух параметров вместо одного параметра связано с эффективным учетом эффектов членов более высокого порядка.Баланс в подобранных условиях, усеченный во втором порядке, дает явно физически необоснованное число гидратации.

Можно рассмотреть зависимость от шкалы концентраций, использованной при подгонке экспериментов. Когда мы используем экспериментальные данные и функцию подгонки в шкале мольных долей вместо шкалы моляльности, результаты становятся такими же, как и в шкале моляльности, то есть мы снова получаем N _w = 0,1698. Однако выше мы получили другое значение в случае шкалы молярности.Это является следствием того, что объемные члены, которые включены для активности моляльности и мольной доли (уравнения 41 и 43) по сравнению с их отсутствием в шкале молярности, уравнение. 45. Коэффициент активности по шкале молярности равен

(80)

, где г _{2, c} = G ₂/ V ₀, V ₀ — занятый объем водой в отсутствие растворенного вещества, а V ₁ и V ₂ — это кажущиеся объемы, занимаемые тем, что можно было бы рассматривать как группу из одной или двух молекул растворенного вещества в подходящей концентрации в растворе.В предположении усечения второго порядка V ₂ был установлен равным объему в твердом состоянии (7). Значения г _{2, c} и V ₁, полученные из подгонки к экспериментальному коэффициенту активности в шкале молярности, составили 20,83 [моль / л] и 0,05254 [л / моль], соответственно. Установив V ₀ как объем чистой воды при 298 K, мы получили G ₂ = 0,3764, что отличается от подобранного результата шкалой моляльности G ₂ = 0.06420. Хотя это может отражать влияние неявного включения членов более высокого порядка путем усечения, мы также отмечаем, что предполагаемые константы V _i не совпадают. Также неясна справедливость предположения, что G ′ _{2, m} и g ′ _w ( N _w) постоянны при различных концентрациях.

Мы можем прийти к аналогичному выводу о величине уравнения. 77, рассмотрев следующий аргумент, основанный на расширении объема.В предыдущей работе (7) мы показали, что V ₂ хорошо аппроксимируется парциальным молярным объемом растворенного вещества в кристалле. Тогда термин Y ₂ соответствует чистой системе, содержащей 100% мочевины. Обратите внимание, что, поскольку мы предполагаем быструю сходимость ряда, незначительное изменение V ₂ может соответствовать любой ситуации между 50% мочевины и 100% мочевины. Затем мы получаем кТ ln G ₂ 1 кДж / моль, разницу между mu _ex в системе мочевины N = 1 и системе чистой мочевины.Любой аргумент дает аналогичный ответ: kT ln G ₂ = 0 — 1 кДж / моль, что отличается от подобранного уравнения. 77.

Тем не менее, метод разложения низкого порядка явно очень хорошо соответствует множеству экспериментальных данных по растворенным веществам. Мы можем объяснить, почему параметрический метод оказался успешным, следующим образом. Экспериментально оцененные статистические суммы большинства осмолитов имеют простую форму относительно f . Таким образом, нам редко нужно выходить за рамки приближения второго порядка в подгонке.Основываясь на нашем анализе выше, мы ожидаем, что для некоторых решений необходимо учитывать больше условий. Таким образом, кажется, что успешная подгонка с уравнением. 76 стало возможным не потому, что члены высокого порядка в уравнении. 66 всегда можно пренебречь и аппроксимировать формулой. 76, но потому, что влияние членов высокого порядка было включено эффективным или перенормированным образом в подгоняемые коэффициенты низкого порядка. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять физический смысл параметров из таких подборок данных.

ВЫВОДЫ

В данной статье мы рассмотрели механизм, с помощью которого мочевина достигает своей идеальности в молярной шкале. Коэффициент активности изменяется количественно и качественно при использовании различных шкал концентраций и стандартных состояний. Наиболее полезной и часто используемой шкалой для экспериментов является шкала моляльности, потому что ее легко измерить экспериментально. Шкала мольных долей часто является предпочтительной теоретически, потому что закон Рауля изначально был разработан на основе мольных долей.Шкала молярности часто используется, и ее также рекомендуют с теоретической точки зрения (36). В очень разбавленных растворах эти три шкалы дают нам почти одинаковый коэффициент активности. В более ранних классических исследованиях растворы обычно неявно считались достаточно разбавленными, чтобы игнорировать зависимость от разных масштабов. Однако в концентрированных системах, таких как живые клетки, растворы часто становятся плотными, и зависимость коэффициентов активности от масштаба концентрации становится критической для интерпретации термодинамических данных.

Концепция идеального решения исторически возникла из двух разных точек зрения, представленных симметричным идеальным раствором и разбавленным идеальным раствором. Это различие можно рассматривать как различие как в стандартных состояниях, так и в используемых масштабах. Если раствор представляет собой симметричный идеальный раствор и общее количество молекул в объеме постоянно при различных концентрациях, это также разбавленный идеальный раствор в масштабе мольных долей и шкале молярности. Коэффициент активности шкалы моляльности является исключительным, и его нельзя представить как симметричное идеальное решение.

Помимо различия шкал и стандартных состояний, происхождение неидеальности или то, что отличает коэффициент активности от единицы, очевидно, зависит от химического состава системы. Чтобы понять природу растворов мочевина-вода, мы выполнили моделирование свободной энергии растворов мочевины для пары популярных молекулярных моделей для различных концентраций, чтобы изучить происхождение термодинамического поведения на молекулярном уровне. В очень разбавленном растворе (<0,05 моль / л) коэффициенты активности в каждой шкале были почти одинаковыми, но когда концентрация мочевины увеличилась, различия стали очевидными.

Модель мочевины KBFF очень хорошо воспроизводит экспериментальные данные коэффициента активности, поскольку избыточные химические потенциалы почти постоянны при различных концентрациях мочевины. Это было связано с компенсацией между уменьшением части vdW и увеличением электростатической части при увеличении концентрации. Коэффициенты активности растворов мочевины OPLS, как правило, были меньше экспериментальных данных, что свидетельствует о другой компенсации.

Коэффициент активности является очень чувствительной мерой для свойств раствора и требует очень точных расчетов разности химических потенциалов.Выполнение моделирования свободной энергии с удовлетворительной точностью все еще является сложной проблемой, особенно в многокомпонентных системах. Система мочевины и воды представляет собой довольно простую систему, в которой отсутствуют локальные минимальные состояния, достаточно глубокие, чтобы помешать сходимости, но все же требуются значительные вычислительные усилия для отбора проб. Для получения достаточно точного химического потенциала с помощью вычислений для более сложных систем, таких как трехкомпонентные системы или белковые системы, потребуются более эффективные методы отбора проб.

Для большого количества белков мочевина индуцирует кооперативные переходы белков из нативного состояния ( N ) в денатурированные ансамбли ( D ). Переходы, которые демонстрируют обратимое двухуровневое поведение, позволяют определить изменение свободной энергии для денатурации белка (37,38). Метод определения, известный как модель линейной экстраполяции (LEM), основан на известной линейной зависимости изменения свободной энергии денатурации от молярной концентрации мочевины

(81)

, где параметры m и являются наклон и пересечение экспериментально определенного графика зависимости Δ G от [мочевины] (37).Оба параметра обеспечивают ключевые термодинамические описания перехода, с указанием изменения свободной энергии преобразования в отсутствие денатуранта и m , измеряющего эффективность мочевины в преобразовании N в D .

LEM, широко используемый в области фолдинга белков, является эмпирическим, и давно известно, что Δ G является линейной функцией только по отношению к молярной концентрации мочевины; Шкалы концентраций мольных или мольных долей не дают действительных м и параметров.Учитывая, что мочевина ведет себя как идеальный раствор только в отношении молярной шкалы, результаты дают четкое обоснование успеха эмпирической зависимости LEM, а не других шкал концентрации.

Другие факторы также важны для успеха LEM. Мочевина проявляет благоприятное взаимодействие с нативным и денатурированным состояниями, при этом большее количество сайтов взаимодействия происходит с денатурированным состояниями по сравнению с нативным. Благоприятное взаимодействие довольно скромное, если мочевина конкурирует с водой с очень небольшим запасом для участков взаимодействия (39).По аналогии с графиком связывания сайт-взаимодействие мочевины находится на участке кривой первого порядка, даже при высокой концентрации мочевины. Успех LEM объясняется важной ролью как идеального поведения мочевины в молярном масштабе, так и слабого взаимодействия первого порядка между мочевиной и белком. Основная термодинамика растворов мочевины, представленная здесь, обеспечивает основу для исследования взаимодействия мочевины с пептидами и более крупными белками. Наша будущая работа будет решать эти проблемы.

Смешивают чистую воду и спирт, чтобы получить 60% (весовой) спиртовой раствор. Плотность воды, спирта и раствора в кг / м3 может быть принята равной 998, 798 и 895 соответственно при 293 К. Оценить молярность и моляльность ??

Нас просят найти

раствора с учетом массовых процентов раствора и значений плотности.

Давайте сделаем моляльность сначала
Уравнение моляльности:
# «моляльность» = «моль растворенного вещества» / «кг растворителя» #
Нам дано, что раствор спирта и воды составляет # 60% # спирта по массе, поэтому предположим, что у нас есть образец # 100 # — # «g» #, тогда у нас будет
# 60 ## «г спирта» #
# 40 ## «г воды» #
(«Спирт» здесь — этанол, который нам не дается, но мы можем либо предположить это, либо найти его в зависимости от заданной плотности.3cancel («g H» _2 «O»))) = цвет (зеленый) (ul (0,040 цвет (белый) (l) «кг H» _2 «O» #
)
Таким образом, моляльность равна
. 3cancel («mL soln»))) = цвет (красный) (ul (0.112цвет (белый) (л) «L раствор» #
Следовательно, молярность равна
.
# цвет (темно-синий) («молярность») = (1,30 цвет (белый) (л) «моль этанола») / (цвет (красный) (0,112 цвет (белый) (л) «л раствор»)) = цвет ( темно-синий) (ulbar (| stackrel («») («» 11.6цвет (белый) (л) «моль / л» «») |) #
Учебное пособие по химии, вес / объем, процентная концентрация
Вес / объем, процентная концентрация, Учебное пособие по химии Больше бесплатных руководств Стать членом Члены Вход & тире; в Связаться с нами
Хотите игры по химии, упражнения, тесты и многое другое?
Вам необходимо стать членом AUS-e-TUTE!
Ключевые концепции
Вес / объем в процентах Концентрация — это мера концентрации растворенного вещества.
массовая / объемная процентная концентрация обычно сокращенно обозначается как мас. / Об. (%)
Для расчета концентрации мас. / Об.%:
мас. / Об. (%) = масса растворенного вещества (г)
объем раствора (мл) × 100
Стандартные единицы для концентрации в% масс. / Об. — г / 100 мл (%)
Растворимость иногда выражается в граммах растворенного вещества на 100 мл воды, то есть как процентная концентрация по массе / объему.
вес / объем — полезная мера концентрации при дозировании реагентов.
Обратите внимание, что вес / объем также называется массой / объемом.
масса / объем может быть сокращена как m / v
Массовая / объемная процентная концентрация сокращается как мас. / Об.%
Пожалуйста, не блокируйте рекламу на этом сайте.
Без рекламы = для нас нет денег = для вас нет бесплатных вещей!
Расчет процентной концентрации вес / объем
Вопрос 1. Какова массовая процентная концентрация 250 мл водного раствора хлорида натрия, содержащего 5 г NaCl?
Напишите уравнение, используемое для расчета веса / объема (%):
вес / объем (%) = (масса растворенного вещества ÷ объем раствора) × 100
Определите растворенное вещество:
растворенное вещество = хлорид натрия = NaCl
Извлеките данные из вопроса:
масса растворенного вещества (NaCl) = 5 г
объем раствора = 250 мл
Подставьте значения в уравнение и решите:
вес / объем (%) = (5 г ÷ 250 мл) × 100 = 2 г / 100 мл (%)
Вопрос 2. 10,00 г BaCl ₂ растворяют в 90,00 г воды.
Плотность раствора 1.09 г / мл.
Рассчитайте массовую / объемную процентную концентрацию раствора.
Определите растворенное вещество и растворитель:
растворенное вещество = хлорид бария = BaCl ₂
растворитель = вода = H ₂ O _(л)
Рассчитать объем раствора:
плотность = масса (раствор) ÷ объем (раствор)
масса (раствор) = масса (растворенное вещество) + масса (растворитель)
масса (раствор) = 10 г BaCl ₂ + 90 г воды = 100.00 г
объем раствора = масса ÷ плотность
объем раствора = 100 г ÷ 1,09 г / мл = 91,74 мл
Рассчитать вес / объем (%)
вес / объем (%) = (масса растворенного вещества ÷ объем раствора) × 100
масса растворенного вещества (BaCl ₂) = 10,00 г
объем раствора = 91,74 мл
Подставьте значения в уравнение и решите:
мас. / Об. (%) = (10.00 г ÷ 91,74 мл) × 100
мас. / Об. (%) = 10,90 г / 100 мл (%)
Преобразование из других единиц в% мас. / Об.
Вопрос 1. 2,0 л водного раствора хлорида калия содержит 45,0 г KCl.
Какова процентная концентрация этого раствора в г / 100 мл?
Перевести единицы (масса в граммах, объем в мл):
масса KCl = 45,0 г
объем раствора = 2.0 л = 2,0 л × 10 ³ мл / л = 2000 мл
Рассчитать вес / объем (%)
вес / объем (%) = [масса растворенного вещества (г) ÷ объем раствора (мл)] × 100
Подставляем значения и решаем:
мас. / Об. (%) = [45,0 ÷ 2000 мл] × 100 = 2,25 г / 100 мл (%)
Вопрос 2. 15 мл водного раствора сахарозы содержат 750 мг сахарозы.
Какова процентная концентрация этого раствора в г / 100 мл?
Перевести единицы (масса в граммы, объем в мл)
масса растворенного вещества (сахароза) = 750 мг = 750 мг ÷ 1000 мг / г = 0.750 г
объем раствора = 15 мл
Рассчитать вес / объем (%)
вес / объем (%) = [масса растворенного вещества (г) ÷ объем раствора (мл)] × 100
Подставьте значения в уравнение и решите:
вес / объем (%) = (0,750 г ÷ 15 мл) × 100 = 5,0 г / 100 мл (%)
Вопрос 3. 186,4 л водного раствора гидроксида натрия содержит 1,15 кг NaOH.
Какова процентная концентрация этого раствора в г / 100 мл?
Перевести единицы (масса в граммы, объем в мл)
масс растворенного вещества (NaOH) = 1.15 кг = 1,15 кг × 1000 г / кг = 1150 г
объем раствора = 186,4 л = 186,4 л × 1000 мл / л = 186,400 мл
Рассчитать вес / объем (%)
вес / объем (%) = [масса растворенного вещества (г) ÷ объем раствора (мл)] × 100
Подставьте значения и решите уравнение:
мас. / Об. (%) = (1150 г ÷ 186 400 мл) × 100
мас. / Об. (%) = 0,62 г / 100 мл (%)
Расчет объема-массы реагента
Вопрос 1. Студент должен добавить 1,22 г хлорида натрия в реакционный сосуд.
Учащемуся предоставляется водный раствор хлорида натрия 11,78 г / 100 мл (%).
Какой объем этого раствора необходимо добавить в реакционный сосуд?
Извлеките данные из вопроса:
Требуемая масса растворенного вещества = масса (NaCl) = 1,22 г
концентрация NaCl _(водн.) при условии = вес / объем (%) = 11,78 г / 100 мл
объем необходимого раствора =? мл
Переставьте уравнение вес / объем%, чтобы найти объем раствора:
мас. / Об. (%) = масса растворенного вещества (г)
объем раствора (мл) × 100
Умножьте обе части уравнения на объем раствора (мл)
вес / объем (%) × объем раствора (мл) = Масса растворенного вещества (г) × 100
Разделите обе части уравнения на вес / объем (%):
объем раствора (мл) = масса растворенного вещества (г)
мас. / Об. (%) × 100
Подставляем значения в уравнение и решаем объем раствора:
объем раствора (мл) = масса растворенного вещества (г)
мас. / Об. (%) × 100
= 1.22 г
11,78 г / 100 мл × 100
= 10,36 мл
Вопрос 2. Какова масса в граммах йодида калия в 14,86 мл 32,44 г / 100 мл водного раствора йодида калия?
Извлеките данные из вопроса:
масса растворенного вещества = масса (KI) =? г
объем (KI _(aq)) = 14.86 мл
концентрация KI _(водн.) = 32,44 г / 100 мл
Переставьте уравнение вес / объем (%), чтобы найти массу (растворенное вещество):
вес / объем (%) = масса растворенного вещества (г) ÷ объем раствора (мл) × 100
Разделите обе части уравнения на 100
вес / объем (%) ÷ 100 = масса растворенного вещества (г) ÷ объем раствора (мл)
Умножьте обе части уравнения на объем раствора (мл)
масса растворенного вещества (г) = (мас. / Об. (%) ÷ 100) × объем раствора (мл)
Подставьте значения в уравнение и решите:
масса растворенного вещества (г) = (мас. / Об. (%) ÷ 100) × объем раствора (мл)
масса (KI) = (32.44 ÷ 100) × 14,86 = 4,82 г
Предупреждение!
Некоторое содержимое на этой странице не может быть отображено.
Пожалуйста, включите JavaScript и всплывающие окна для просмотра всего содержимого страницы.
© AUS-e-TUTE
www.ausetute.com.au
Решения
— Çengel Cimbala ed 3 — Mecânica dos Fluidos
 лед
жидкость
тело
общий
погруженный = + → = + → = h
час
час
час
час
час
ρ
ρ
ρ
ρ
 
где h - высота ледяной глыбы под поверхностью.Решение для h дает
 h = 0,876 м = 87,6 см
Обсуждение Обратите внимание, что 0,92 / 1,025 = 90% объема ледяной глыбы остается под водой. Для симметричного льда
блоки это также представляет часть высоты, которая остается под водой.
 
 
 
 
3-86
Решение Человек ныряет в озеро и пытается поднять большой камень. Сила, которую нужно приложить мужчине, чтобы поднять ее с
дно озера еще предстоит определить.
Предположения 1 Скала c полностью погружена в воду. 2 Сила плавучести в воздухе незначительна.Свойства Плотность гранитной породы составляет 2700 кг / м3. Плотность воды принимаем 1000 кг / м3.
Анализ Вес и объем породы являются
 
3
3
2
2
м 0,06296
 кг / м 2700
 кг170
№ 1668
м / с кг1
Н 1) м / с кг) (9,81170 (
===
= ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
⋅ ==
ρ
м
мгВт
V
 
Сила плавучести, действующая на скалу, равна
 () () () 3 2 3 вода 21 N1000 кг / м 9 81 м / с 0 06296 м 618 N1 кг м / секBF g. .ρ ⎛ ⎞ = = = ⎜ ⎟⋅⎝ ⎠V
Вес тела, погруженного в воду, равен весу тела в воздухе.
минус сила плавучести,
в воде на воздухе 1668 618BW W F = - = - = 1050 Н
Обсуждение Эта сила соответствует массе в воде 2 2
1050 Н 1 Н 107 кг
9 81 м / с 1 кг м / с
Wm
грамм .⎛ ⎞ = = = ⎜ ⎟⋅⎝ ⎠. Следовательно,
человек, который может поднять на земле 107 кг, может поднять эту скалу в воде.
 
Море
10 см
час
FB
W
Ледяной блок
W
FB
Воды
Fnet = W - FB
Глава 3 Давление и статика жидкости
 
СОБСТВЕННЫЙ МАТЕРИАЛ. © 2006 McGraw-Hill Companies, Inc. Ограниченное распространение разрешено только
учителей и воспитателей для подготовки курса. Если вы студент, использующий это Руководство, вы используете его без разрешения.
3-53
3-87
Решение Корону неправильной формы взвешивают в воздухе, а затем в воде с помощью пружинных весов.Необходимо определить, если
Корона сделана из чистого золота.
Допущения 1 Сила плавучести в воздухе незначительна. 2 Заводная головка полностью погружена в воду.
Свойства. Плотность воды принимаем равной 1000 кг / м3. Плотность золота составляет 19300 кг / м3.
Анализ Масса короны составляет
кг20,3
№ 1
м / скг 1
м / с 81,9
№ 4.31 2
2
воздух = ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ ⋅ ==
грамм
W
м
Разница между весом в воздухе и в воде обусловлена плавучестью.
сила в воде, и таким образом
N 50.29.284.31 водопровод = - = - = WWFB
Учитывая, что VgFB waterρ =, объем короны определяется равным
34
23
воды
м 10548.2
) м / с 81,9) (кг / м (1000
N 50.2 - × ===
грамм
FB
ρV
Тогда плотность кроны становится
3
34
кг / м 560,12
м 10548,2
кг 20,3 = × == −V
mρ
что значительно меньше плотности золота. Поэтому заводная головка НЕ сделана из чистого золота.
Обсуждение Эту проблему также можно решить без взвешивания под водой следующим образом.
ведро наполовину наполненное водой, и опустите в него корону. После разметки нового уровня воды мы вынимали корону,
и доливайте воду в ведро, пока уровень воды не поднимется до отметки.Мы снова взвешивали ведро. Деление веса
разница по плотности воды и g даст объем короны. Зная вес и объем
кроны, плотность можно легко определить.
 
 
 
Wwir = 3,20 кгс
Воздух
Корона,
м, В
Wвод = 2,95 кгс
FB
Воды
Глава 3 Давление и статика жидкости
 
СОБСТВЕННЫЙ МАТЕРИАЛ. © 2006 McGraw-Hill Companies, Inc. Ограниченное распространение разрешено только
учителей и воспитателей для подготовки курса. Если вы студент, использующий это Руководство, вы используете его без разрешения.3-54
3-88
Решение. Средняя плотность человека определяется путем взвешивания человека в воздухе, а затем в воде. Отношение
должен быть получен для объемной доли телесного жира в единицах плотности.
Допущения 1 Сила плавучести в воздухе незначительна. 2 Считается, что тело состоит только из жира и мышц. 3
тело полностью погружено в воду, а объем воздуха в легких ничтожен.
Анализ Разница между весом человека в воздухе и в
вода возникает из-за выталкивающей силы в воде.Следовательно,
 вода водовод WWgWWFB - = → - = Vρ
Зная вес и плотность воды, приведенное выше соотношение дает объем
персона. Тогда среднюю плотность человека можно определить из
ВВ
гВтм / воздух
ср == ρ
Согласно предположению № 2, общая масса человека равна сумме масс жировой и мышечной тканей, а
Общий объем человека равен сумме объемов жировой и мышечной тканей. Объемная доля телесного жира составляет
отношение объема жира к общему объему человека.Следовательно,
 
) - (1 и где
мышечный жир
жирмышцажиржирмышечныйжир
М-м-м
ххх
+ =
=== + = VVVVVVVV
 
Учитывая, что масса равна плотности, умноженной на объем, последнее соотношение можно записать как
ВВВ
ВВВ
) 1 (жир, мышца, жир, жир
мышца, мышца, жир, жир
хх - + =
+ =
ρρρ
ρρρ
 
Отмена V и решение для xfat дает желаемое соотношение,
мышца в среднем
толстый
мышечный жир
Икс
ρ ρ
ρ ρ
- = -
Обсуждение Взвешивание человека в воде с целью определения ее объема является
не практично. Более практичный способ - использовать большую емкость и отмерить
изменение объема, когда человек полностью в нем погружен.Wair
Воздух
Человек,
м, В
Wwater
Воды
Глава 3 Давление и статика жидкости
 
СОБСТВЕННЫЙ МАТЕРИАЛ. © 2006 McGraw-Hill Companies, Inc. Ограниченное распространение разрешено только
учителей и воспитателей для подготовки курса. Если вы студент, использующий это Руководство, вы используете его без разрешения.
3-55
3-89
Решение Дан объем корпуса лодки. Количество груза, которое лодка может нести в озере и в море.
подлежат определению.
Предположения 1 Не учитываются динамические эффекты волн.2 Сила плавучести в воздухе незначительна.
Свойства Плотность морской воды составляет 1,03 × 1000 = 1030 кг / м3. Плотность воды принимаем равной 1000
кг / м3.
Анализ Вес разгруженной лодки составляет
 кН 84,0
м / скг 1000
кН 1) м / с кг) (9,81 8560 (
2
2
лодка = ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
⋅ == мгВт
Сила плавучести становится максимальной, когда весь корпус лодки погружен в воду.
в воде и определяется как
 кН 1472
м / с кг1000
 кН1) м 150) (м / с 81,9) (кг / м1000 (2
323
lakelake, = ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
⋅ == VgFB ρ
 кН1516
м / с кг1000
 кН1) м 150) (м / с 81.9) (кг / м 1030 (2
323
seasea, = ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
⋅ == VgFB ρ T
общий вес плавучей лодки (груз + сама лодка) равен плавучести
сила. Следовательно, вес максимальной загрузки равен
кН 1432841516
кН 1388841472 озеро,
лодкаморе, морская нагрузка,
лодка, озерная нагрузка,
= - = - =
= - = - =
WFW
WFW
B
B
Соответствующие массы груза равны
 
2
груз, озеро
нагрузка, озеро 2
1388 кН 1000 кг м / с 141 500 кг
1 кН 9,81 м / с
W
м
грамм
⎛ ⎞⋅ = = = ≅⎜ ⎟⎝ ⎠
142000 кг
 
2
нагрузка, морское море
нагрузка, море 2
1432 кН 1000 кг м / с 145970 кг
1 кН 9,81 м / с
W
м,
грамм
⎛ ⎞⋅ = = = ≅⎜ ⎟⎝ ⎠
146000 кг
Обсуждение Обратите внимание, что эта лодка может нести почти на 4500 кг больше груза в море, чем в пресной воде.Полностью загруженный
лодки в морской воде должны погрузиться в воду глубже, когда они войдут в пресную воду, например в реку 
Как аддитивное производство незаметно революционизирует оборонную промышленность — 3DPrint.com
(3DPrint.com PRO доступен только подписчикам)
Во время первого саммита AM Investment Strategies, который состоялся практически в сентябре этого года, мне посчастливилось выступить в группе лидеров отрасли о тенденциях в аддитивном производстве и о том, как они могут влиять (или формироваться) государственными и частными инвестициями.В ходе обсуждения естественная текущая тема стала универсальной истиной в текущем состоянии и будущем аддитивного производства (AM) — более глубокий акцент на решениях и, следовательно, на приложениях появился в последние два года в отрасли в попытке дальнейшее принятие. Эта тенденция подкрепляется десятилетними усилиями по продолжению разработки аппаратных платформ в отрасли, чтобы они были жизнеспособными цифровыми инструментами для обработки все более и более сложных материалов, а также усилиями по объединению рабочих процессов с помощью программных инструментов и снижению потребности в технологических процессах. специальные знания только для производства деталей.
Поскольку новый план развития AM прямо направлен на разработку реальных приложений, которые приносят пользу и могут работать сами по себе с экономической точки зрения или с точки зрения окупаемости инвестиций, сегодня я хочу пролить свет на область, в которой наблюдается эта тенденция. взлетая всерьез, но где, кажется, почти никто не понимает. Эту область можно было бы назвать «оборонной» промышленностью, но, если быть более точным, это рынок наземного военного оборудования, принадлежностей и запчастей для стрелкового оружия, а также их эквиваленты на гражданском рынке.
Подпишитесь, чтобы прочитать оставшийся анализ PRO.
Подписывайся
Уже подписчик?
Вы настроены на получение премиум-контента прямо на свой почтовый ящик дважды месяц.
.