Υπολογιστής Μοριακότητας - Υπολογισμός Συγκέντρωσης Διαλύματος (mol/L)

Τι είναι η μοριακότητα;

Η μοριακότητα είναι ένας τρόπος μέτρησης της ποσότητας μιας ουσίας που έχει διαλυθεί σε ένα υγρό. Ορίζεται ως ο αριθμός των mol της διαλυμένης ουσίας ανά λίτρο διαλύματος και γράφεται ως mol/L ή με το σύμβολο M. Ένα διάλυμα με την ένδειξη «1 M» περιέχει ένα mol διαλυμένης ουσίας σε κάθε λίτρο.

Τύπος μοριακότητας

Η μοριακότητα υπολογίζεται με μια απλή διαίρεση:

$\text{Γραμμομοριακότητα (M)} = \frac{\text{Mol διαλυμένης ουσίας (mol)}}{\text{Όγκος διαλύματος (L)}}$

• Τα mol της διαλυμένης ουσίας είναι η ποσότητα της διαλυμένης ουσίας, μετρούμενη σε mol.
• Όγκος διαλύματος είναι ο συνολικός όγκος του υγρού μετά την πλήρη διάλυση της διαλυμένης ουσίας, μετρούμενος σε λίτρα.
• Μοριακότητα είναι το αποτέλεσμα, σε mol ανά λίτρο (mol/L), που συμβολίζεται επίσης ως M.

Λυμένο παράδειγμα

Η διάλυση 2 mol χλωριούχου νατρίου (NaCl) σε αρκετό νερό ώστε να προκύψουν 0,5 λίτρα διαλύματος δίνει:

$\text{Γραμμομοριακότητα} = \frac{2 \text{ mol}}{0.5 \text{ L}} = 4 \text{ M}$

Το διάλυμα έχει συγκέντρωση 4 mol ανά λίτρο, η οποία γράφεται ως 4 M.

Πώς υπολογίζεται η μοριακότητα από γραμμάρια

Η διαλυμένη ουσία συχνά ζυγίζεται σε γραμμάρια αντί να μετράται απευθείας σε mol. Απαιτείται ένα επιπλέον βήμα για τη μετατροπή των γραμμαρίων σε mol πριν από την εφαρμογή του τύπου της μοριακότητας.

1. Βρείτε τη μοριακή μάζα της ένωσης, σε γραμμάρια ανά mol.
2. Διαιρέστε τη μάζα, σε γραμμάρια, με τη μοριακή μάζα για να βρείτε τα mol.
3. Διαιρέστε τα mol με τον όγκο του διαλύματος, σε λίτρα.

Παράδειγμα: Διαλύονται 10 g NaCl ώστε να παραχθούν 500 mL (0,5 L) διαλύματος.

• Μοριακή μάζα του NaCl: 22,99 + 35,45 = 58,44 g/mol
• Mol: 10 g ÷ 58,44 g/mol ≈ 0,171 mol
• Μοριακότητα: 0,171 mol ÷ 0,5 L ≈ 0,342 M

Πώς λειτουργεί αυτή η αριθμομηχανή

Η αριθμομηχανή αυτής της σελίδας δέχεται δύο τιμές: την ποσότητα της διαλυμένης ουσίας σε mol και τον όγκο του διαλύματος σε λίτρα. Διαιρεί τα mol με τον όγκο και εμφανίζει το αποτέλεσμα στρογγυλοποιημένο σε τέσσερα δεκαδικά ψηφία.

Και οι δύο τιμές πρέπει να είναι μεγαλύτερες από το μηδέν. Τιμή μηδέν ή μικρότερη σε οποιοδήποτε πεδίο εμφανίζει μήνυμα σφάλματος αντί για αποτέλεσμα. Αρνητική ποσότητα διαλυμένης ουσίας δεν έχει φυσική σημασία, ενώ όγκος μηδέν θα καθιστούσε τη διαίρεση αδύνατη.

Οι τιμές μπορούν επίσης να προέρχονται από κοινόχρηστο σύνδεσμο, όπως ?moles=2.5&volume=0.5. Οποιαδήποτε τιμή στον σύνδεσμο δεν είναι πεπερασμένος αριθμός αντιμετωπίζεται ως κενό πεδίο, επομένως η αριθμομηχανή ζητά καταχώριση αντί να εμφανίσει παράλογο αποτέλεσμα.

Παρασκευή διαλύματος γνωστής μοριακότητας

Οι χημικοί συνήθως εργάζονται αντίστροφα, ξεκινώντας από μια επιθυμητή μοριακότητα για να βρουν πόση διαλυμένη ουσία πρέπει να ζυγίσουν.

Παράδειγμα: Παρασκευάστε 250 mL (0,25 L) διαλύματος υδροξειδίου του νατρίου (NaOH) 0,1 M.

1. Απαιτούμενα mol = μοριακότητα × όγκος = 0,1 M × 0,25 L = 0,025 mol
2. Απαιτούμενη μάζα = mol × μοριακή μάζα = 0,025 mol × 40 g/mol = 1 g
3. Διαλύστε 1 g NaOH σε νερό και προσθέστε νερό μέχρι ο όγκος του διαλύματος να γίνει ακριβώς 250 mL.

Αραίωση μητρικού διαλύματος

Ένα συμπυκνωμένο «μητρικό» διάλυμα μπορεί να αραιωθεί ώστε να αποκτήσει χαμηλότερη μοριακότητα, με την εξίσωση M₁V₁ = M₂V₂, όπου τα M₁ και V₁ είναι η συγκέντρωση και ο όγκος του μητρικού διαλύματος, ενώ τα M₂ και V₂ είναι η επιθυμητή συγκέντρωση και ο επιθυμητός όγκος μετά την αραίωση.

Παράδειγμα: Παρασκευάστε 500 mL διαλύματος 0,2 M από μητρικό διάλυμα 2 M.

$V_1 = \frac{M_2 \times V_2}{M_1} = \frac{0.2 \text{ M} \times 0.5 \text{ L}}{2 \text{ M}} = 0.05 \text{ L} = 50 \text{ mL}$

Η προσθήκη 50 mL του μητρικού διαλύματος 2 M σε αρκετό νερό ώστε ο συνολικός όγκος να φτάσει τα 500 mL δίνει την επιθυμητή συγκέντρωση.

Μοριακότητα στην ογκομέτρηση

Σε μια ογκομέτρηση, διάλυμα γνωστής συγκέντρωσης προστίθεται σε άλλο διάλυμα μέχρι να ολοκληρωθεί μια αντίδραση. Η μοριακότητα συνδέει τους μετρούμενους όγκους με την ποσότητα της ουσίας που αντιδρά.

Παράδειγμα: 20 mL διαλύματος 0,1 M NaOH εξουδετερώνουν 25 mL διαλύματος HCl άγνωστης συγκέντρωσης.

1. Mol NaOH που χρησιμοποιήθηκαν: 0,1 M × 0,020 L = 0,002 mol
2. Το HCl και το NaOH αντιδρούν σε αναλογία 1:1 (HCl + NaOH → NaCl + H₂O), επομένως τα mol HCl = 0,002 mol.
3. Μοριακότητα HCl = 0,002 mol ÷ 0,025 L = 0,08 M

Άλλες μονάδες συγκέντρωσης

Η μοριακότητα είναι ένας από αρκετούς τρόπους έκφρασης της συγκέντρωσης. Κάθε τρόπος είναι κατάλληλος για διαφορετικές περιπτώσεις.

Ιστορία

Η ιδέα μιας σταθερής μονάδας καταμέτρησης για άτομα και μόρια ανάγεται στην υπόθεση του Amedeo Avogadro από το 1811, η οποία συνέδεε τον όγκο ενός αερίου με τον αριθμό των σωματιδίων. Οι χημικοί βασίστηκαν σε αυτή την ιδέα τον επόμενο αιώνα για να ορίσουν το mol, και η μοριακότητα έγινε ο καθιερωμένος τρόπος περιγραφής της συγκέντρωσης διαλυμάτων, όταν το mol υιοθετήθηκε ως βασική μονάδα SI το 1971. Το 2019, η Διεθνής Ένωση Καθαρής και Εφαρμοσμένης Χημείας (IUPAC) επαναπροσδιόρισε το mol χρησιμοποιώντας μια σταθερή τιμή της σταθεράς Avogadro, 6,02214076 × 10²³, αντί για πρότυπο βασισμένο στη μάζα.

Συχνές ερωτήσεις

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της μοριακότητας κατ’ όγκο και της μοριακότητας κατά βάρος;

Η μοριακότητα κατ’ όγκο διαιρεί τα mol της διαλυμένης ουσίας με τα λίτρα του διαλύματος. Η μοριακότητα κατά βάρος διαιρεί τα mol της διαλυμένης ουσίας με τα χιλιόγραμμα του διαλύτη. Επειδή τα υγρά διαστέλλονται ελαφρώς όταν θερμαίνονται, η μοριακότητα κατ’ όγκο μεταβάλλεται λίγο με τη θερμοκρασία, ενώ η μοριακότητα κατά βάρος δεν μεταβάλλεται.

Μπορεί η μοριακότητα να είναι μεγαλύτερη από 1 M;

Ναι. Το συμπυκνωμένο υδροχλωρικό οξύ είναι περίπου 12 M και το συμπυκνωμένο θειικό οξύ περίπου 18 M. Η μέγιστη δυνατή μοριακότητα εξαρτάται από την ποσότητα της διαλυμένης ουσίας που μπορεί να διαλυθεί στον διαλύτη στη συγκεκριμένη θερμοκρασία.

Ποια είναι η μοριακότητα του καθαρού νερού;

Περίπου 55,3 M. Η πυκνότητα του νερού στους 25 °C είναι περίπου 997 g/L και η μοριακή του μάζα είναι 18,02 g/mol, επομένως 997 ÷ 18,02 ≈ 55,3 mol/L. Ο αριθμός αυτός χρησιμοποιείται σε υπολογισμούς ισορροπίας, επειδή η αφαίρεση μικρής ποσότητας νερού από μεγάλο όγκο μεταβάλλει ελάχιστα τη συγκέντρωσή του.

Επηρεάζει η θερμοκρασία τη μοριακότητα;

Ελαφρώς. Τα περισσότερα υγρά διαστέλλονται όταν θερμαίνονται, επομένως η ίδια ποσότητα διαλυμένης ουσίας καταλαμβάνει μεγαλύτερο όγκο και η μοριακότητα μειώνεται. Η μοριακότητα κατά βάρος δεν επηρεάζεται από τη θερμοκρασία, επειδή βασίζεται στη μάζα και όχι στον όγκο.

Πώς χρησιμοποιείται η μοριακότητα στην ογκομέτρηση;

Σε μια ογκομέτρηση μετράται ο όγκος διαλύματος γνωστής μοριακότητας που απαιτείται για να αντιδράσει πλήρως με άλλο διάλυμα. Στη συνέχεια, ο λόγος mol της αντίδρασης, από την ισοσταθμισμένη χημική εξίσωση, χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της μοριακότητας του άγνωστου διαλύματος.

Σε πόσα δεκαδικά ψηφία εμφανίζει αποτελέσματα αυτή η αριθμομηχανή;

Το αποτέλεσμα εμφανίζεται με τέσσερα δεκαδικά ψηφία. Ο αριθμός των ψηφίων που έχουν πραγματική σημασία εξαρτάται από την ακρίβεια των mol και του όγκου που καταχωρίστηκαν· ένα αποτέλεσμα δεν πρέπει να αναφέρεται με περισσότερα σημαντικά ψηφία από όσα επιτρέπει η λιγότερο ακριβής τιμή εισόδου.