Konsentraatiosta Molaarisuuteen Muunnin | w/v % mol/L:ksi

Mikä on pitoisuuden muuntaminen molaarisuudeksi?

Pitoisuuden muunnin muuntaa prosenttipitoisuuden (massa/tilavuus, merkitään m/v) molaarisuudeksi eli liuenneen aineen ainemääräksi yhtä liuoslitraa kohti. Se tarvitsee kaksi lukua: prosenttipitoisuuden ja liuenneen aineen molekyylimassan grammoina moolia kohti.

Mitä molaarisuus on?

Molaarisuus on tapa mitata, kuinka paljon ainetta on liuennut nesteeseen. Se määritellään liuenneen aineen moolimääränä yhtä liuoslitraa kohti.

$\text{Molaarisuus (M)} = \frac{\text{liuenneen aineen moolit}}{\text{liuoksen tilavuus litroina}}$

Yksikkö on mol/l, ja se merkitään usein M-kirjaimella. Natriumkloridin 0,5 M liuos sisältää 0,5 moolia natriumkloridia jokaisessa liuoslitrassa.

Kemialliset reaktiot tapahtuvat hiukkasten, eivät grammojen, välillä. Molaarisuus kertoo kemistille, kuinka monta hiukkasta tietyssä tilavuudessa on, minkä vuoksi se on kemian laskuissa käytettävä standardiyksikkö. International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) määrittelee molaarisuuden standarditavaksi ilmaista pitoisuus.

Prosenttipitoisuuden muuntaminen molaarisuudeksi

$\text{Molaarisuus (M)} = \frac{\text{Prosenttipitoisuus (m/v)} \times 10}{\text{Molekyylimassa (g/mol)}}$

m/v-prosentti tarkoittaa liuenneen aineen grammoina määrää jokaista 100 mL liuosta kohti. Kertominen luvulla 10 muuntaa tämän grammoiksi litraa kohti, koska yksi litra on 1 000 mL. Jakaminen molekyylimassalla muuntaa grammat mooleiksi.

Tämä kaava toimii vain m/v-prosenteille. Väkevien happojen pulloissa yleinen m/m-prosentti (massa/massa) edellyttää myös liuoksen tiheyttä (katso jäljempänä).

Molaarisuuden laskeminen prosenttipitoisuudesta

1. Kerro prosenttipitoisuus luvulla 10. Näin saadaan pitoisuus grammoina litraa kohti.
2. Jaa tämä luku aineen molekyylimassalla, jonka yksikkö on grammaa moolia kohti.
3. Tulos on molaarisuus yksikkönä mol/l.

Miksi kaava toimii

5 %:n m/v-liuos sisältää 5 grammaa liuennutta ainetta 100 mL:ssa liuosta.

1. Grammoja litraa kohti: 5 g × 10 = 50 g/l.
2. Mooleja litraa kohti: 50 g/l ÷ molekyylimassa (g/mol) = mol/l.

Laskuesimerkki

Liuos on 5 % (m/v) natriumkloridia (NaCl). NaCl:n molekyylimassa on 58,44 g/mol.

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

5 %:n NaCl-liuoksen molaarisuus on noin 0,856 M.

Lisää esimerkkejä

• Fysiologinen keittosuolaliuos (0,9 % NaCl): (0,9 × 10) ÷ 58,44 = 0,154 M
• 5 %:n glukoosiliuos (C₆H₁₂O₆, 180,16 g/mol): (5 × 10) ÷ 180,16 = 0,278 M
• 10 %:n natriumhydroksidiliuos (NaOH, 40,00 g/mol): (10 × 10) ÷ 40,00 = 2,50 M

Muuntimen käyttö

1. Syötä prosenttipitoisuus (m/v), jonka on oltava luku välillä 0–100.
2. Syötä aineen molekyylimassa yksikkönä g/mol. Sen on oltava suurempi kuin 0.
3. Molaarisuus näytetään automaattisesti yksikkönä mol/l.
4. Kopioi tulos kopiointipainikkeella.

Tulokset, jotka ovat alle 10 mol/l, näytetään kolmen merkitsevän numeron tarkkuudella. Tulokset 10 mol/l:stä alkaen näytetään yhden desimaalin tarkkuudella.

Yleisten aineiden molekyylimassoja

Muita tapoja ilmaista pitoisuus

Molaliteetti (m) ilmaisee liuenneen aineen moolimäärän liuottimen, ei liuoksen, kilogrammaa kohti. Se ei muutu lämpötilan mukana, joten tutkijat käyttävät sitä jäätymis- ja kiehumispisteen laskemiseen.

$\text{Molaliteetti (m)} = \frac{\text{liuenneen aineen moolit}}{\text{liuottimen massa kilogrammoina}}$

Massaprosentti (m/m) tarkoittaa liuenneen aineen grammoina määrää jokaista 100 liuosgrammaa kohti. Se on yleinen väkevien happojen ja emästen pulloissa. Sen muuntaminen molaarisuudeksi edellyttää liuoksen tiheyttä:

$\text{Molaarisuus} = \frac{\text{Massaprosentti} \times \text{tiheys (g/ml)} \times 10}{\text{Molekyylimassa}}$

Tilavuusprosenttia (v/v) käytetään nesteiden seoksissa, kuten etanolissa vedessä. 70 %:n v/v-etanoliliuos sisältää 70 mL etanolia jokaista 100 mL:a kokonaisliuosta kohti.

Normaalisuus (N) ilmaisee ekvivalenttien määrän grammoina litraa kohti. Sitä esiintyy vanhemmassa titrauskirjallisuudessa, mutta nykykemia on pääosin korvannut sen molaarisuudella.

Tarkkuuden rajoitukset

Muunnos on itsessään täsmällinen m/v-prosentille. m/v-prosentti ilmoittaa jo liuenneen aineen massan tietyssä kiinteässä liuostilavuudessa, joten liuoksen tiheyttä ei tarvita laskennassa. Virheet johtuvat syötetyistä luvuista.

• m/m-prosentin käyttäminen vahingossa: Väkevät hapot ja emäkset merkitään massan (m/m), ei tilavuuden, perusteella. Väkevä suolahappo on noin 37 % m/m ja sen tiheys on noin 1,19 g/ml, mikä vastaa noin 44 %:n m/v-pitoisuutta eli suunnilleen 12,1 mol/l. Jos syötetään 37 luvun 44 sijaan, molaarisuus aliarvioidaan noin kuudesosalla. Muunna pitoisuus ensin edellä esitetyllä tiheyskaavalla.
• Hyvin tiheät liuokset: m/v-prosentti voi ylittää 100, kun liuos on paljon vettä tiheämpää. Väkevä rikkihappo, jonka m/m-pitoisuus on noin 96 % ja tiheys 1,84 g/ml, on noin 177 % m/v eli noin 18 mol/l. Tämä muunnin hyväksyy vain pitoisuudet 0–100, joten arvot yli 100 on laskettava käsin.
• Lämpötila: Liuoksen tilavuus muuttuu lämpötilan mukana, joten molaarisuus muuttuu hieman lämpötilan muuttuessa. Molaliteetti ei muutu, koska se perustuu massaan eikä tilavuuteen.
• Hydraatit: Jotkin yhdisteet sitovat vettä kiderakenteeseensa, mikä muuttaa niiden molekyylimassaa. Vedettömän kuparisulfaatin (CuSO₄) molekyylimassa on 159,61 g/mol. Kuparisulfaattipentahydraatin (CuSO₄·5H₂O) molekyylimassa on 249,68 g/mol eli yli 50 % suurempi. Väärän arvon käyttäminen antaa molaarisuudeksi huomattavan virheellisen arvon.
• Reagenssin puhtaus: Kaupalliset kemikaalit ovat harvoin 100 % puhtaita. Reagenssi, jonka ilmoitetaan olevan 98 % puhdas, sisältää 2 % painostaan muuta ainetta, mikä pienentää siitä valmistetun liuoksen todellista molaarisuutta hieman.

Usein kysyttyä

Mikä on molaarisuuden ja molaliteetin ero?

Molaarisuus on liuenneen aineen moolimäärä liuosta kohti litraa. Molaliteetti on liuenneen aineen moolimäärä liuotinkilogrammaa kohti. Molaarisuus muuttuu hieman lämpötilan mukana, koska nesteen tilavuus muuttuu lämpötilan mukana. Molaliteetti pysyy vakiona, koska massa ei muutu lämpötilan mukana.

Miksi molaarisuutta käytetään useammin kuin prosenttipitoisuutta?

Kemialliset reaktiot tapahtuvat molekyylien välillä, ja molaarisuus ilmoittaa suoraan, kuinka monta moolia ainetta tietyssä tilavuudessa on. Prosenttipitoisuus ilmoittaa massan, joka on muunnettava mooleiksi ennen kuin sitä voidaan käyttää reaktiolaskuissa.

Miten molaarisuus muunnetaan takaisin prosenttipitoisuudeksi?

Käytä käänteistä kaavaa:

$\text{Prosenttipitoisuus (m/v)} = \frac{\text{Molaarisuus} \times \text{Molekyylimassa}}{10}$

Natriumkloridiliuos, jonka pitoisuus on 0,5 M, vastaa laskua (0,5 × 58,44) ÷ 10 = 2,92 % m/v.

Toimiiko tämä kaava massa/massa-prosenteille (m/m)?

Ei. Tämän sivun kaava koskee vain m/v-prosentteja. m/m-prosentin muuntaminen molaarisuudeksi edellyttää liuoksen tiheyttä käyttäen edellä kohdassa ”Muita tapoja ilmaista pitoisuus” annettua kaavaa.

Vaikuttaako liuoksen tiheys tulokseen?

Ei. m/v-prosentti ilmoittaa jo liuenneen aineen grammoina jokaista 100 mL:a liuosta kohti, joten tilavuus määräytyy määritelmän perusteella ja tiheys jää pois laskusta. Tiheyttä tarvitaan vain muunnettaessa m/m-prosentti, joka ilmoittaa grammoina määrän jokaista 100 liuosgrammaa kohti, m/v-prosentiksi tai molaarisuudeksi.

Miten valmistetaan tietyn molaarisuuden liuos?

Laske tarvittava massa kaavalla Massa (g) = molaarisuus (mol/l) × tilavuus (l) × molekyylimassa (g/mol). Punnitse tämä massa, liuota se lopullista tilavuutta pienempään määrään liuotinta, siirrä se mittapulloon ja lisää liuotinta merkkiin asti. Liuottimen lisääminen lopulliseen tilavuuteen ennen kuin liuennut aine on liuennut on yleinen virhe, koska lopullinen tilavuus voi silloin kasvaa liian suureksi.

Lähteet

1. IUPAC Gold Book – ainemääräpitoisuus
2. NIST Chemistry WebBook
3. Harris, D. C. (2015). Quantitative Chemical Analysis (9. painos). W. H. Freeman and Company.
4. United States Pharmacopeia (USP)