محول التركيز إلى المولارية | % و/ح إلى مول/لتر

ما هو محوّل التركيز إلى المولارية؟

يحوّل محوّل التركيز إلى المولارية تركيزًا مئويًا (وزن/حجم، ويُكتب w/v) إلى مولارية، أي عدد مولات المادة المذابة في لتر واحد من المحلول. ويحتاج إلى رقمين: التركيز المئوي والكتلة الجزيئية للمادة المذابة، ويُعبَّر عنها بالغرام لكل مول.

ما هي المولارية؟

المولارية طريقة لقياس كمية مادة مذابة في سائل. وتُعرَّف بأنها عدد مولات المذاب لكل لتر من المحلول.

$\text{المولارية (M)} = \frac{\text{مولات المذاب}}{\text{حجم المحلول باللترات}}$

الوحدة هي mol/L، وغالبًا ما تُكتب M. يحتوي محلول كلوريد الصوديوم بتركيز "0.5 M" على 0.5 مول من كلوريد الصوديوم في كل لتر من المحلول.

تحدث التفاعلات الكيميائية بين الجسيمات، لا بين الغرامات. وتُبيّن المولارية للكيميائي عدد الجسيمات الموجودة في حجم معين، ولذلك فهي الوحدة القياسية في حسابات الكيمياء. ويُدرج الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) المولارية بوصفها طريقة قياسية للتعبير عن التركيز.

صيغة تحويل النسبة المئوية إلى المولارية

$\text{المولارية (M)} = \frac{\text{التركيز المئوي (w/v)} \times 10}{\text{الوزن الجزيئي (g/mol)}}$

تعني النسبة المئوية w/v عدد غرامات المذاب لكل 100 ملتر من المحلول. ويؤدي الضرب في 10 إلى تحويل ذلك إلى غرامات لكل لتر، لأن اللتر الواحد يساوي 1,000 ملتر. ويحوّل القسمة على الوزن الجزيئي الغرامات إلى مولات.

لا تعمل هذه الصيغة إلا مع النسب المئوية w/v. أما النسبة المئوية w/w (وزن/وزن)، الشائعة على عبوات الأحماض المركزة، فتحتاج أيضًا إلى كثافة المحلول (انظر أدناه).

كيفية حساب المولارية من التركيز المئوي

1. اضرب التركيز المئوي في 10. يعطي ذلك التركيز بالغرامات لكل لتر.
2. اقسم ذلك العدد على الوزن الجزيئي للمادة، بالغرام لكل مول.
3. الناتج هو المولارية، بوحدة mol/L.

لماذا تعمل الصيغة؟

يحتوي محلول w/v بتركيز 5% على 5 غرامات من المذاب في 100 ملتر من المحلول.

1. الغرامات لكل لتر: 5 غرام × 10 = 50 غرام/L.
2. المولات لكل لتر: 50 غرام/L ÷ الوزن الجزيئي (g/mol) = mol/L.

مثال محلول

محلول من كلوريد الصوديوم (NaCl) بتركيز 5%. الوزن الجزيئي لـ NaCl هو 58.44 غرام/mol.

$\text{المولارية} = \frac{5 \times 10}{58.44} = 0.856 \text{ mol/L}$

تبلغ مولارية محلول NaCl بتركيز 5% نحو 0.856 M.

أمثلة إضافية

• المحلول الملحي النظامي (NaCl بتركيز 0.9%): (0.9 × 10) ÷ 58.44 = 0.154 M
• محلول الجلوكوز بنسبة 5% (C₆H₁₂O₆، 180.16 غرام/مول): (5 × 10) ÷ 180.16 = 0.278 M
• محلول هيدروكسيد الصوديوم بنسبة 10% (NaOH، 40.00 غرام/مول): (10 × 10) ÷ 40.00 = 2.50 M

كيفية استخدام المحوّل

1. أدخل التركيز المئوي (w/v)، وهو عدد بين 0 و100.
2. أدخل الوزن الجزيئي للمادة، بوحدة g/mol. ويجب أن يكون أكبر من 0.
3. تظهر المولارية تلقائيًا بوحدة mol/L.
4. استخدم زر النسخ لنسخ النتيجة.

تُعرض النتائج الأقل من 10 mol/L بثلاثة أرقام معنوية. وتُعرض النتائج التي تساوي 10 mol/L أو تتجاوزها بمنزلة عشرية واحدة.

أوزان جزيئية شائعة

طرق أخرى للتعبير عن التركيز

تحسب المولالية (m) مولات المذاب لكل كيلوغرام من المذيب، وليس المحلول. ولا تتغير المولالية بتغير درجة الحرارة، لذلك يستخدمها العلماء في حسابات نقطة التجمد ونقطة الغليان.

$\text{المولالية (m)} = \frac{\text{مولات المذاب}}{\text{كتلة المذيب بالكيلوغرام}}$

النسبة المئوية الكتلية (w/w) هي غرامات المذاب لكل 100 غرام من المحلول. وهي شائعة على عبوات الأحماض والقواعد المركزة. ويتطلب تحويلها إلى مولارية معرفة كثافة المحلول:

$\text{المولارية} = \frac{\text{النسبة المئوية الكتلية} \times \text{الكثافة (g/mL)} \times 10}{\text{الوزن الجزيئي}}$

تُستخدم النسبة المئوية الحجمية (v/v) للخلائط السائلة في سائل، مثل الإيثانول في الماء. يحتوي محلول إيثانول بنسبة v/v قدرها 70% على 70 ملتر من الإيثانول لكل 100 ملتر من المحلول الكلي.

تحسب النظامية (N) المكافئات الغرامية لكل لتر. وتظهر في المراجع الأقدم الخاصة بالمعايرة، لكنها استُبدلت إلى حد كبير بالمولارية في الكيمياء الحديثة.

حدود الدقة

التحويل نفسه دقيق بالنسبة إلى النسبة المئوية w/v. فالنسبة المئوية w/v تحسب أصلًا غرامات المذاب في حجم ثابت من المحلول، ولذلك لا تدخل كثافة المحلول مطلقًا في الحساب. وتنشأ الأخطاء من الأرقام المُدخلة.

• استخدام نسبة w/w عن طريق الخطأ: تُوسَم الأحماض والقواعد المركزة بحسب الكتلة (w/w)، لا بحسب الحجم. يبلغ تركيز حمض الهيدروكلوريك المركز نحو 37% w/w، بكثافة تقارب 1.19 غرام/mL، وهو ما يعادل نحو 44% w/v، أو تقريبًا 12.1 mol/L. ويؤدي إدخال 37 بدلًا من 44 إلى تقليل المولارية المحسوبة بنحو السدس. أجرِ التحويل باستخدام صيغة الكثافة أعلاه أولًا.
• المحاليل شديدة الكثافة: يمكن أن تتجاوز نسبة w/v قيمة 100 عندما يكون المحلول أكثف بكثير من الماء. ويبلغ حمض الكبريتيك المركز نحو 96% w/w، بكثافة قدرها 1.84 غرام/mL، وهو ما يعادل تقريبًا 177% w/v، أو نحو 18 mol/L. يقبل هذا المحوّل النسب من 0 إلى 100 فقط، لذلك يجب حساب القيم التي تتجاوز 100 يدويًا.
• درجة الحرارة: يتغير حجم المحلول بتغير درجة الحرارة، ولذلك تتغير المولارية قليلًا. أما المولالية فلا تتغير، لأنها تعتمد على الكتلة لا الحجم.
• المركبات المميهة: تمتص بعض المركبات الماء في بنيتها البلورية، ويغير ذلك كتلتها الجزيئية. تبلغ الكتلة الجزيئية لكبريتات النحاس اللامائية (CuSO₄) 159.61 غرام/mol. أما كبريتات النحاس خماسية الماء (CuSO₄·5H₂O) فتبلغ كتلتها الجزيئية 249.68 غرام/mol، أي أعلى بأكثر من 50%. ويؤدي استخدام القيمة الخاطئة إلى مولارية بعيدة كثيرًا عن القيمة الصحيحة.
• نقاوة الكاشف: نادرًا ما تكون المواد الكيميائية التجارية نقية بنسبة 100%. ويحتوي الكاشف الموسوم بأنه نقي بنسبة 98% على 2% من مواد أخرى بالكتلة، مما يخفض قليلًا المولارية الفعلية لمحلول مُحضّر منه.

الأسئلة الشائعة

ما الفرق بين المولارية والمولالية؟

المولارية هي مولات المذاب لكل لتر من المحلول. والمولالية هي مولات المذاب لكل كيلوغرام من المذيب. تتغير المولارية قليلًا مع درجة الحرارة لأن حجم السائل يتغير معها. أما المولالية فتبقى ثابتة لأن الكتلة لا تتغير بتغير درجة الحرارة.

لماذا تُستخدم المولارية أكثر من التركيز المئوي؟

تحدث التفاعلات الكيميائية بين الجزيئات، وتعبّر المولارية مباشرة عن عدد مولات مادة موجودة في حجم معين. أما التركيز المئوي فيعبّر عن الكتلة، التي يجب تحويلها إلى مولات قبل أن تفيد في حسابات التفاعلات.

كيف أحوّل المولارية مرة أخرى إلى تركيز مئوي؟

اعكس الصيغة:

$\text{التركيز المئوي (w/v)} = \frac{\text{المولارية} \times \text{الوزن الجزيئي}}{10}$

يعادل محلول كلوريد الصوديوم بتركيز 0.5 M (0.5 × 58.44) ÷ 10 = 2.92% w/v.

هل تعمل هذه الصيغة مع النسب المئوية وزن/وزن (w/w)؟

لا. الصيغة الواردة في هذه الصفحة مخصصة للنسب المئوية w/v فقط. ويتطلب تحويل نسبة w/w إلى مولارية معرفة كثافة المحلول، باستخدام الصيغة الواردة في قسم "طرق أخرى للتعبير عن التركيز" أعلاه.

هل تؤثر كثافة المحلول في النتيجة؟

لا. تذكر النسبة المئوية w/v أصلًا غرامات المذاب لكل 100 ملتر من المحلول، ولذلك يحدد التعريف الحجم، وتُلغى الكثافة من الحساب. ولا تُحتاج الكثافة إلا لتحويل نسبة w/w، التي تذكر غرامات لكل 100 غرام من المحلول، إلى نسبة w/v أو مولارية.

كيف أُحضّر محلولًا ذي مولارية محددة؟

احسب الكتلة المطلوبة باستخدام: الكتلة (g) = المولارية (mol/L) × الحجم (L) × الكتلة الجزيئية (g/mol). زِن تلك الكتلة، وأذبها في كمية من المذيب أقل من الحجم النهائي، ثم انقلها إلى دورق حجمي، وأضف المذيب حتى العلامة. وتُعد إضافة المذيب حتى الوصول إلى الحجم الكامل قبل ذوبان المذاب خطأً شائعًا، إذ قد تجعل الحجم النهائي أكبر من اللازم.

المراجع

1. IUPAC Gold Book – Amount Concentration
2. NIST Chemistry WebBook
3. هاريس، D. C. (2015). التحليل الكيميائي الكمي (الطبعة 9). W. H. Freeman and Company.
4. دستور الأدوية الأمريكي (USP)