Калкулатор за молалност

Калкулаторът за молалност намира концентрацията на разтвор в молове разтворено вещество на килограм разтворител — единица, която химиците наричат молалност. Той приема три входни стойности: масата на разтвореното вещество, масата на разтворителя и моларната маса на разтвореното вещество. Резултатът се показва в mol/kg с четири знака след десетичната запетая.

Какво е молалност?

Молалността (символ m) измерва колко мола от разтворено вещество се намират в един килограм от веществото, в което е разтворено — разтворителя. Тя отговаря на прост въпрос: колко мола разтворено вещество има във всеки килограм разтворител?

$m = \frac{n_{solute}}{m_{solvent}}$

Тук $n_{solute}$ е броят на моловете разтворено вещество, а $m_{solvent}$ е масата на разтворителя в килограми.

Молалността отчита само масата на разтворителя, а не общата маса на получения разтвор. Ако 5,85 g готварска сол (NaCl, моларна маса 58,5 g/mol) се разтвори в 100 g (0,1 kg) вода, разтворът съдържа 0,1 mol сол в 0,1 kg вода. Това е молалност 1,0 mol/kg, въпреки че общата маса на разтвора е 105,85 g.

Молалността не се променя с температурата, защото се основава на маса, а не на обем. Течностите леко се разширяват при нагряване и се свиват при охлаждане, затова моларността (молове на литър разтвор) се изменя с температурата. Молалността остава постоянна и по тази причина е стандартната единица при изследвания на температурите на замръзване и кипене.

Формула за молалност

Химиците рядко броят моловете директно; вместо това претеглят веществата. Моловете разтворено вещество са равни на масата му, разделена на моларната му маса, така че използваната формула е:

$m = \frac{m_{solute} / M_{solute}}{m_{solvent}}$

• $m_{solute}$ — масата на претегленото разтворено вещество в грамове
• $M_{solute}$ — моларната маса на разтвореното вещество в g/mol, установена от периодичната таблица
• $m_{solvent}$ — масата на разтворителя в килограми

Как се изчислява молалност

1. Претеглете разтвореното вещество. Запишете масата му в грамове, килограми или милиграми. Калкулаторът приема и трите единици и извършва преобразуването.
2. Проверете моларната маса на разтвореното вещество в g/mol в периодичната таблица. За хидрат като CuSO₄·5H₂O включете масата на водните молекули в общата маса.
3. Претеглете само разтворителя преди смесването, а не получения разтвор след това.
4. Преобразувайте двете маси в съвместими единици: грамове за разтвореното вещество и килограми за разтворителя. Калкулаторът извършва тази стъпка сам според единицата, избрана до всяко поле за маса.
5. Разделете масата на разтвореното вещество на моларната му маса, за да получите моловете разтворено вещество.
6. Разделете моловете разтворено вещество на масата на разтворителя в килограми, за да получите молалността в mol/kg.

Често срещани грешки

• Използване на масата на разтвора вместо тази на разтворителя. Претеглянето на 100 g вода и добавянето на 10 g сол дава 110 g разтвор. При изчисляването на молалността обаче се използват само 100 g вода.
• Пропускане на кристализационната вода. CuSO₄·5H₂O има моларна маса 249,7 g/mol, а не 159,6 g/mol на безводния CuSO₄ самостоятелно.
• Объркване на грамове и килограми. Въвеждането на масата на разтворителя като 500 вместо 0,5 kg отклонява резултата с коефициент 1000.
• Прекалено ранно закръгляване. Запазете допълнителните цифри при изчисляването на моловете разтворено вещество и закръглете чак крайния резултат.

Пример: изчисляване на молалност

Задача. Намерете молалността на разтвор, получен от 10 g натриев хлорид (NaCl, моларна маса 58,44 g/mol), разтворен в 500 g вода.

1. Преобразувайте масата на разтворителя в килограми: 500 g = 0,5 kg.
2. Намерете моловете разтворено вещество: 10 g ÷ 58,44 g/mol = 0,1711 mol.
3. Намерете молалността: 0,1711 mol ÷ 0,5 kg = 0,3422 mol/kg.

Пример: работа с милиграми

Задача. Намерете молалността на разтвор, получен от 25 мг глюкоза (C₆H₁₂O₆, моларна маса 180,16 g/mol), разтворена в 15 g вода.

1. Преобразувайте масата на разтвореното вещество в грамове: 25 мг = 0,025 g.
2. Преобразувайте масата на разтворителя в килограми: 15 g = 0,015 kg.
3. Намерете моловете разтворено вещество: 0,025 g ÷ 180,16 g/mol ≈ 0,0001388 mol.
4. Намерете молалността: 0,0001388 mol ÷ 0,015 kg ≈ 0,0093 mol/kg.

Молалност и моларност

Молалността и моларността звучат сходно, но измерват различни величини. Молалността дели моловете разтворено вещество на килограмите разтворител. Моларността дели моловете разтворено вещество на литрите на целия разтвор. Тъй като обемът на течността се променя с температурата и моларността зависи от обема, моларността на разтвора леко се изменя при нагряване или охлаждане, докато молалността му остава същата. При разредени водни разтвори на стайна температура двете стойности често са близки, но не са еднакви и не бива да се заменят без проверка.

Приблизителен начин за преобразуване между тях, когато е известна плътността на разтвора, е:

$Molarity = \frac{Molality \times \rho}{1 + (Molality \times M_{solute} / 1000)}$

където $\rho$ е плътността на разтвора в g/mL.

Защо химиците използват молалност

Молалността се използва навсякъде, където температурата се променя по време на експеримент. При понижаване на температурата на замръзване — спадът на температурата на замръзване на разтвора под тази на чистия разтворител — молалността участва пряко в основното уравнение:

$\Delta T_f = K_f \times m \times i$

$\Delta T_f$ е понижението на температурата на замръзване, $K_f$ е константа, специфична за разтворителя, $m$ е молалността, а $i$ е броят частици, които всяка единица разтворено вещество образува при разтваряне. Тъй като молалността не се изменя, докато пробата се охлажда към температурата си на замръзване, тя дава стабилна стойност за заместване в това уравнение. Същото се отнася за повишаването на температурата на кипене и за фармацевтични формулировки, които трябва да запазват постоянна концентрация в широк диапазон от температури на съхранение.

Често задавани въпроси

Каква е разликата между молалност и моларност? Молалността е броят молове разтворено вещество на килограм разтворител. Моларността е броят молове разтворено вещество на литър разтвор. Молалността зависи само от масата, затова не се променя с температурата; моларността зависи от обема, който се променя с температурата.

Защо някои експерименти използват молалност вместо моларност? Всяко измерване в диапазон от температури, например понижението на температурата на замръзване, изисква концентрационна единица, която няма да се изменя при затопляне или охлаждане на пробата. Тъй като молалността се основава на масата, тя остава постоянна, докато стойността на моларността леко би се променила заедно с обема на разтвора.

Може ли молалността да бъде отрицателна или нулева? Не, молалността не може да бъде отрицателна, тъй като описва физическо количество разтворено вещество. Тя е нула само когато няма разтворено вещество, тоест пробата е чист разтворител, а не разтвор.

Има ли горна граница на молалността? Да. Молалността е ограничена от разтворимостта на разтвореното вещество в разтворителя. Когато разтворителят съдържа максималното количество вещество, което може да разтвори при дадените температура и налягане, молалността не може да нараства повече.

Има ли чистата вода молалност? Не. Молалността описва разтворено вещество, разтворено в разтворител. Чистата вода не съдържа разтворено вещество, така че молалността не се прилага към нея.

Колко точен е калкулаторът за молалност при концентрирани или неидеални разтвори? Делението следва пряко дефиницията, а този калкулатор показва резултата с четири знака след десетичната запетая. Самата стойност на молалността остава коректна при всяка концентрация. При концентриран или неидеален разтвор се променя начинът, по който тази стойност участва в последващи уравнения, например за понижаване на температурата на замръзване, където взаимодействията между йоните водят до отклонение на реалното поведение от простата пропорционална формула.