Kontsentratsiooni molaarsusse teisendaja | w/v % mol/L-ks

Mis on kontsentratsiooni molaarsuseks teisendaja?

Kontsentratsiooni molaarsuseks teisendaja teisendab protsentkontsentratsiooni (mass ruumala kohta, tähisega w/v) molaarsuseks ehk aine ühe liitri lahusesse lahustunud moolide arvuks. Selleks on vaja kahte arvu: protsentkontsentratsiooni ja lahustunud aine molaarmassi grammides mooli kohta.

Mis on molaarsus?

Molaarsus näitab, kui palju ainet on vedelikku lahustunud. See on määratletud lahustunud aine moolide arvuna ühe liitri lahuse kohta.

$\text{Molaarsus (M)} = \frac{\text{lahustunud aine moolid}}{\text{lahuse ruumala liitrites}}$

Ühik on mol/L, mida kirjutatakse sageli ka kujul M. Naatriumkloriidi 0,5 M lahus sisaldab igas liitris lahuses 0,5 mooli naatriumkloriidi.

Keemilised reaktsioonid toimuvad osakeste, mitte grammide vahel. Molaarsus näitab keemikule, kui palju osakesi on kindlas ruumalas, mistõttu on see keemiliste arvutuste standardühik. Rahvusvaheline Puhta ja Rakenduskeemia Liit (IUPAC) loetleb molaarsuse kontsentratsiooni väljendamise standardse viisina.

Protsentkontsentratsiooni molaarsuseks teisendamise valem

$\text{Molaarsus (M)} = \frac{\text{Protsentkontsentratsioon (w/v)} \times 10}{\text{Molaarmass (g/mol)}}$

w/v-protsent tähendab lahustunud aine grammide arvu 100 mL lahuse kohta. Korrutamine arvuga 10 teisendab selle grammideks liitri kohta, sest üks liiter võrdub 1 000 mL-ga. Grammide teisendamiseks moolideks jagatakse tulemus molaarmassiga.

See valem toimib ainult w/v-protsentide korral. Kontsentreeritud hapete pudelitel levinud w/w-protsent (mass massi kohta) vajab lisaks lahuse tihedust (vt allpool).

Kuidas arvutada molaarsust protsentkontsentratsiooni põhjal

1. Korrutage protsentkontsentratsioon arvuga 10. Nii saate kontsentratsiooni grammides liitri kohta.
2. Jagage see arv aine molaarmassiga grammides mooli kohta.
3. Tulemuseks on molaarsus ühikus mol/L.

Miks valem toimib

5% w/v-lahus sisaldab 5 grammi lahustunud ainet 100 mL lahuse kohta.

1. Grammid liitri kohta: 5 g × 10 = 50 g/L.
2. Moolid liitri kohta: 50 g/L ÷ molaarmass (g/mol) = mol/L.

Näidisarvutus

Lahus on 5% (w/v) naatriumkloriidilahus (NaCl). NaCl-i molaarmass on 58,44 g/mol.

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

5% NaCl-lahuse molaarsus on ligikaudu 0,856 M.

Veel näiteid

• Füsioloogiline lahus (0,9% NaCl): (0,9 × 10) ÷ 58,44 = 0,154 M
• 5% glükoosilahus (C₆H₁₂O₆, 180,16 g/mol): (5 × 10) ÷ 180,16 = 0,278 M
• 10% naatriumhüdroksiidilahus (NaOH, 40,00 g/mol): (10 × 10) ÷ 40,00 = 2,50 M

Kuidas teisendajat kasutada

1. Sisestage protsentkontsentratsioon (w/v), arv vahemikus 0 kuni 100.
2. Sisestage aine molaarmass ühikus g/mol. See peab olema suurem kui 0.
3. Molaarsus kuvatakse automaatselt ühikus mol/L.
4. Tulemuse kopeerimiseks kasutage kopeerimisnuppu.

Tulemused alla 10 mol/L kuvatakse kolme tüvenumbriga. Tulemused alates 10 mol/L kuvatakse ühe kümnendkohani.

Levinud molaarmassid

Muud viisid kontsentratsiooni väljendamiseks

Molaalsus (m) näitab lahustunud aine moolide arvu kilogrammi lahusti, mitte lahuse kohta. See ei muutu temperatuuriga, mistõttu kasutavad teadlased seda külmumis- ja keemistemperatuuri arvutustes.

$\text{Molaalsus (m)} = \frac{\text{lahustunud aine moolid}}{\text{lahusti mass kilogrammides}}$

Massiprotsent (w/w) on lahustunud aine grammide arv 100 grammi lahuse kohta. Seda kasutatakse sageli kontsentreeritud hapete ja aluste pudelitel. Selle teisendamiseks molaarsuseks on vaja lahuse tihedust:

$\text{Molaarsus} = \frac{\text{Massiprotsent} \times \text{tihedus (g/mL)} \times 10}{\text{Molaarmass}}$

Ruumalaprotsenti (v/v) kasutatakse vedeliku ja vedeliku segude, näiteks etanooli ja vee, korral. 70% v/v etanoolilahus sisaldab 70 mL etanooli 100 mL kogulahuse kohta.

Normaalsus (N) näitab gramm-ekvivalentide arvu liitri kohta. Seda kohtab vanemas tiitrimiskirjanduses, kuid tänapäeva keemias on selle enamasti asendanud molaarsus.

Täpsuse piirangud

Teisendamine ise on w/v-protsendi korral täpne. w/v-protsent näitab juba lahustunud aine grammide arvu kindla ruumala lahuse kohta, seega ei sisaldu lahuse tihedus arvutuses. Veahulk sõltub sisestatud arvudest.

• W/w-protsendi kasutamine ekslikult: Kontsentreeritud happed ja alused on märgistatud massi (w/w), mitte ruumala järgi. Kontsentreeritud vesinikkloriidhape on ligikaudu 37% w/w ja selle tihedus on umbes 1,19 g/mL; see vastab ligikaudu 44% w/v-le ehk umbes 12,1 mol/L. Arvu 37 sisestamine arvu 44 asemel annab molaarsuse umbes kuuendiku võrra liiga väikese. Teisendage see kõigepealt eespool toodud tihedusvalemi abil.
• Väga tihedad lahused: w/v-protsent võib ületada 100, kui lahus on veest palju tihedam. Kontsentreeritud väävelhape, mille sisaldus on umbes 96% w/w ja tihedus 1,84 g/mL, on ligikaudu 177% w/v ehk umbes 18 mol/L. See teisendaja lubab protsente vahemikus 0 kuni 100, seega tuleb väärtused üle 100 käsitsi välja arvutada.
• Temperatuur: Lahuse ruumala muutub temperatuuriga, mistõttu muutub temperatuurimuutuse korral veidi ka molaarsus. Molaalsus ei muutu, sest see põhineb massil, mitte ruumalal.
• Kristallveega ühendid: Mõned ühendid seovad kristallstruktuuri vett ning see muudab nende molaarmassi. Veevaba vasksulfaadi (CuSO₄) molaarmass on 159,61 g/mol. Vasksulfaadi pentahüdraadi (CuSO₄·5H₂O) molaarmass on 249,68 g/mol ehk üle 50% suurem. Vale väärtuse kasutamisel saadakse tugevalt ebatäpne molaarsus.
• Reaktiivi puhtus: Kaubanduslikud kemikaalid on harva 100% puhtad. Reaktiiv, mille puhtuseks on märgitud 98%, sisaldab massi järgi 2% muud ainet, mis vähendab sellest valmistatud lahuse tegelikku molaarsust veidi.

Korduma kippuvad küsimused

Mis vahe on molaarsusel ja molaalsusel?

Molaarsus on lahustunud aine moolide arv ühe liitri lahuse kohta. Molaalsus on lahustunud aine moolide arv ühe kilogrammi lahusti kohta. Molaarsus muutub veidi temperatuuriga, sest vedeliku ruumala muutub temperatuuriga. Molaalsus püsib muutumatuna, sest mass temperatuurist ei sõltu.

Miks kasutatakse molaarsust protsentkontsentratsioonist sagedamini?

Keemilised reaktsioonid toimuvad molekulide vahel ning molaarsus näitab otse, kui palju mingi aine moole on kindlas ruumalas. Protsentkontsentratsioon näitab massi, mis tuleb enne reaktsioonide arvutustes kasutamist moolideks teisendada.

Kuidas teisendada molaarsus tagasi protsentkontsentratsiooniks?

Pöörake valem ümber:

$\text{Protsentkontsentratsioon (w/v)} = \frac{\text{Molaarsus} \times \text{Molaarmass}}{10}$

0,5 M naatriumkloriidilahus võrdub (0,5 × 58,44) ÷ 10 = 2,92% w/v.

Kas see valem toimib massiprotsentide (w/w) korral?

Ei. Selle lehe valem on mõeldud ainult w/v-protsentide jaoks. W/w-protsendi teisendamiseks molaarsuseks on vaja lahuse tihedust, kasutades eespool jaotises „Muud viisid kontsentratsiooni väljendamiseks” esitatud valemit.

Kas lahuse tihedus mõjutab tulemust?

Ei. w/v-protsent näitab juba lahustunud aine grammide arvu 100 mL lahuse kohta, seega on ruumala määratlusega fikseeritud ja tihedus ei mõjuta arvutust. Tihedust on vaja ainult w/w-protsendi, mis näitab lahuse grammide arvu 100 grammi kohta, teisendamiseks w/v-protsendiks või molaarsuseks.

Kuidas valmistada kindla molaarsusega lahust?

Arvutage vajalik mass valemiga Mass (g) = Molaarsus (mol/L) × Ruumala (L) × Molaarmass (g/mol). Kaaluge välja see mass, lahustage see väiksemas kui lõplikus lahusti ruumalas, kandke lahus mõõtekolbi ja lisage lahustit märgini. Lahusti lisamine lõpliku ruumalani enne lahustunud aine lahustumist on levinud viga, sest nii võib lõplik ruumala kujuneda liiga suureks.

Viited

1. IUPAC Gold Book – ainehulk kontsentratsioon
2. NIST Chemistry WebBook
3. Harris, D. C. (2015). Quantitative Chemical Analysis (9. väljaanne). W. H. Freeman and Company.
4. Ameerika Ühendriikide farmakopöa (USP)