محاسبه‌گر مولاریته - محاسبه غلظت محلول (مول بر لیتر)

مولاریته چیست؟

مولاریته روشی برای اندازه‌گیری مقدار ماده‌ای است که در یک مایع حل شده است. این کمیت به‌صورت تعداد مول‌های حل‌شونده در هر لیتر محلول تعریف می‌شود و به شکل mol/L یا نماد M نوشته می‌شود. محلولی با برچسب «۱ M» در هر لیتر، یک مول ماده حل‌شده دارد.

فرمول مولاریته

مولاریته با یک تقسیم ساده محاسبه می‌شود:

$\text{مولاریته (M)} = \frac{\text{مول‌های حل‌شونده (mol)}}{\text{حجم محلول (L)}}$

• مول‌های حل‌شونده مقدار ماده حل‌شده است که برحسب مول اندازه‌گیری می‌شود.
• حجم محلول حجم کل مایع پس از حل‌شدن کامل حل‌شونده است که برحسب لیتر اندازه‌گیری می‌شود.
• مولاریته حاصل محاسبه، برحسب مول در لیتر (mol/L) است و با M نیز نشان داده می‌شود.

مثال حل‌شده

حل‌کردن ۲ مول سدیم کلرید (NaCl) در مقدار کافی آب برای تهیه ۰٫۵ لیتر محلول، نتیجه زیر را می‌دهد:

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

غلظت محلول ۴ مول در لیتر است که به‌صورت ۴ M نوشته می‌شود.

نحوه محاسبه مولاریته از گرم

حل‌شونده اغلب به‌جای اندازه‌گیری مستقیم برحسب مول، برحسب گرم توزین می‌شود. پیش از به‌کاربردن فرمول مولاریته، مرحله‌ای اضافی گرم را به مول تبدیل می‌کند.

1. جرم مولی ترکیب را برحسب گرم در مول پیدا کنید.
2. جرم را برحسب گرم بر جرم مولی تقسیم کنید تا تعداد مول‌ها به دست آید.
3. تعداد مول‌ها را بر حجم محلول برحسب لیتر تقسیم کنید.

مثال: برای تهیه محلول، ۱۰ g از NaCl در ۵۰۰ mL (۰٫۵ L) حل می‌شود.

• جرم مولی NaCl: ۲۲٫۹۹ + ۳۵٫۴۵ = ۵۸٫۴۴ g/مول
• تعداد مول‌ها: ۱۰ g ÷ ۵۸٫۴۴ g/مول ≈ ۰٫۱۷۱ mol
• مولاریته: ۰٫۱۷۱ mol ÷ ۰٫۵ L ≈ ۰٫۳۴۲ M

این محاسبه‌گر چگونه کار می‌کند

محاسبه‌گر این صفحه دو ورودی می‌گیرد: مقدار حل‌شونده برحسب مول و حجم محلول برحسب لیتر. محاسبه‌گر تعداد مول‌ها را بر حجم تقسیم می‌کند و نتیجه را با گرد کردن تا چهار رقم اعشار نشان می‌دهد.

هر دو ورودی باید بزرگ‌تر از صفر باشند. واردکردن مقدار صفر یا کمتر در هر یک از فیلدها، به‌جای نتیجه پیام خطا نشان می‌دهد. مقدار منفی حل‌شونده معنای فیزیکی ندارد و حجم صفر تقسیم را ناممکن می‌کند.

ورودی‌ها می‌توانند از یک پیوند اشتراکی، مانند ?moles=2.5&volume=0.5، نیز دریافت شوند. هر مقدار موجود در پیوند که عددی متناهی نباشد، به‌صورت فیلد خالی در نظر گرفته می‌شود؛ بنابراین محاسبه‌گر به‌جای نمایش نتیجه‌ای بی‌معنا، ورودی می‌خواهد.

تهیه محلول با مولاریته معلوم

شیمی‌دان‌ها معمولاً از مولاریته هدف به‌صورت معکوس استفاده می‌کنند تا مقدار حل‌شونده موردنیاز برای وزن‌کردن را پیدا کنند.

مثال: ۲۵۰ mL (۰٫۲۵ L) محلول ۰٫۱ M سدیم هیدروکسید (NaOH) تهیه کنید.

1. مول‌های موردنیاز = مولاریته × حجم = ۰٫۱ M × ۰٫۲۵ L = ۰٫۰۲۵ mol
2. جرم موردنیاز = مول‌ها × جرم مولی = ۰٫۰۲۵ mol × ۴۰ g/مول = ۱ g
3. ۱ g از NaOH را در آب حل کنید و آن‌قدر آب اضافه کنید تا حجم محلول دقیقاً به ۲۵۰ mL برسد.

رقیق‌کردن محلول مادر

یک محلول مادر غلیظ را می‌توان با استفاده از معادله M₁V₁ = M₂V₂ تا مولاریته‌ای کمتر رقیق کرد؛ در این معادله، M₁ و V₁ به‌ترتیب غلظت و حجم محلول مادر، و M₂ و V₂ به‌ترتیب غلظت و حجم موردنظر پس از رقیق‌سازی هستند.

مثال: از محلول مادر ۲ M، ۵۰۰ mL محلول ۰٫۲ M تهیه کنید.

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

افزودن ۵۰ mL از محلول مادر ۲ M به مقدار کافی آب برای رسیدن حجم کل به ۵۰۰ mL، غلظت هدف را ایجاد می‌کند.

مولاریته در تیتراسیون

در تیتراسیون، یک محلول با غلظت معلوم به محلول دیگری افزوده می‌شود تا واکنش کامل شود. مولاریته حجم‌های اندازه‌گیری‌شده را به مقدار ماده در حال واکنش مرتبط می‌کند.

مثال: ۲۰ mL از محلول ۰٫۱ M NaOH، ۲۵ mL از محلول HCl با غلظت نامعلوم را خنثی می‌کند.

1. مول‌های NaOH مصرف‌شده: ۰٫۱ M × ۰٫۰۲۰ L = ۰٫۰۰۲ mol
2. HCl و NaOH با نسبت 1:1 واکنش می‌دهند (HCl + NaOH → NaCl + H₂O)، بنابراین تعداد مول‌های HCl برابر ۰٫۰۰۲ mol است.
3. مولاریته HCl = ۰٫۰۰۲ mol ÷ ۰٫۰۲۵ L = ۰٫۰۸ M

واحدهای دیگر غلظت

مولاریته یکی از چندین روش بیان غلظت است. هر روش برای موقعیت‌های متفاوتی مناسب است.

تاریخچه

ایده وجود یک واحد شمارش ثابت برای اتم‌ها و مولکول‌ها به فرضیه آمادئو آووگادرو در ۱۸۱۱ بازمی‌گردد که حجم گاز را به تعداد ذرات مرتبط می‌کرد. شیمی‌دان‌ها در سده بعد بر این ایده بنا نهادند تا مول را تعریف کنند و پس از پذیرفته‌شدن مول به‌عنوان یکای پایه سیستم SI در ۱۹۷۱، مولاریته به روش استاندارد توصیف غلظت محلول تبدیل شد. در ۲۰۱۹، اتحادیه بین‌المللی شیمی محض و کاربردی (IUPAC) مول را با استفاده از مقدار ثابتی برای ثابت آووگادرو، 6.02214076 × 10²³، بازتعریف کرد؛ نه با یک استاندارد مبتنی بر جرم.

پرسش‌های متداول

تفاوت مولاریته و مولالیته چیست؟

مولاریته تعداد مول‌های حل‌شونده را بر لیترهای محلول تقسیم می‌کند. مولالیته تعداد مول‌های حل‌شونده را بر کیلوگرم‌های حلال تقسیم می‌کند. چون مایعات هنگام گرم‌شدن اندکی منبسط می‌شوند، مولاریته با دما کمی تغییر می‌کند، اما مولالیته تغییر نمی‌کند.

آیا مولاریته می‌تواند بیشتر از ۱ M باشد؟

بله. اسید هیدروکلریک غلیظ حدود ۱۲ M و اسید سولفوریک غلیظ حدود ۱۸ M است. بیشینه مولاریته ممکن به مقدار حل‌شدن حل‌شونده در حلال در آن دما بستگی دارد.

مولاریته آب خالص چقدر است؟

حدود ۵۵٫۳ M. چگالی آب در ۲۵ °C حدود ۹۹۷ g/L و جرم مولی آن ۱۸٫۰۲ g/مول است؛ بنابراین ۹۹۷ ÷ ۱۸٫۰۲ ≈ ۵۵٫۳ mol/L. این عدد در محاسبات تعادل به کار می‌رود، زیرا برداشتن مقدار کمی آب از حجم بزرگی از آن، غلظتش را تقریباً تغییر نمی‌دهد.

آیا دما بر مولاریته اثر می‌گذارد؟

اندکی. بیشتر مایعات هنگام گرم‌شدن منبسط می‌شوند؛ بنابراین مقدار یکسانی از حل‌شونده حجم بیشتری را اشغال می‌کند و مولاریته کاهش می‌یابد. مولالیته تحت تأثیر دما قرار نمی‌گیرد، زیرا بر جرم، نه حجم، مبتنی است.

مولاریته چگونه در تیتراسیون به کار می‌رود؟

در تیتراسیون، حجم محلولی با مولاریته معلوم که برای واکنش کامل با محلول دیگری لازم است، اندازه‌گیری می‌شود. سپس از نسبت مولی واکنش، که از معادله شیمیایی موازنه‌شده به دست می‌آید، برای محاسبه مولاریته محلول نامعلوم استفاده می‌شود.

این محاسبه‌گر چند رقم اعشار نشان می‌دهد؟

نتیجه تا چهار رقم اعشار نشان داده می‌شود. تعداد رقم‌هایی که واقعاً معنادار هستند به دقت مول‌ها و حجم واردشده بستگی دارد؛ نتیجه نباید با رقم‌های معنادار بیشتری از آنچه کم‌دقت‌ترین ورودی اجازه می‌دهد گزارش شود.