ממיר ריכוז למולריות | אחוז w/v למול/ליטר

מהו ממיר ריכוז למולריות?

ממיר מריכוז למולריות הופך ריכוז באחוזים (משקל לנפח, המסומן w/v) למולריות — מספר המולים של חומר המומסים בליטר אחד של תמיסה. הוא זקוק לשני מספרים: הריכוז באחוזים והמשקל המולקולרי של החומר המומס, הנתון בגרמים למול.

מהי מולריות?

מולריות היא דרך למדוד את כמות החומר המומס בנוזל. היא מוגדרת כמספר המולים של המומס בכל ליטר תמיסה.

$\text{מולריות (M)} = \frac{\text{מולי המומס}}{\text{נפח התמיסה בליטרים}}$

היחידה היא mol/L, ולעיתים קרובות היא נכתבת כ־M. תמיסת נתרן כלורי בריכוז "0.5 M" מכילה 0.5 מולים של נתרן כלורי בכל ליטר תמיסה.

תגובות כימיות מתרחשות בין חלקיקים, לא בין גרמים. המולריות מראה לכימאי כמה חלקיקים נמצאים בנפח נתון, ולכן היא היחידה המקובלת לחישובים בכימיה. האיגוד הבין־לאומי לכימיה טהורה ויישומית (IUPAC) מציין מולריות כדרך תקנית לביטוי ריכוז.

נוסחה להמרת אחוזים למולריות

$\text{מולריות (M)} = \frac{\text{ריכוז באחוזים (w/v)} \times 10}{\text{משקל מולקולרי (g/mol)}}$

אחוז w/v פירושו גרמים של מומס לכל 100 mL תמיסה. הכפלה ב־10 ממירה זאת לגרמים לליטר, מכיוון שליטר אחד שווה ל־1,000 mL. חלוקה במשקל המולקולרי ממירה גרמים למולים.

נוסחה זו פועלת רק עבור אחוזי w/v. אחוז w/w (משקל למשקל), הנפוץ על בקבוקים של חומצות מרוכזות, דורש גם את צפיפות התמיסה (ראו להלן).

כיצד לחשב מולריות מריכוז באחוזים

1. הכפילו את הריכוז באחוזים ב־10. כך מתקבל הריכוז בגרמים לליטר.
2. חלקו את המספר שהתקבל במשקל המולקולרי של החומר, בגרמים למול.
3. התוצאה היא המולריות, ב־mol/L.

מדוע הנוסחה פועלת

תמיסת w/v בריכוז 5% מכילה 5 גרמים מומס ב־100 mL תמיסה.

1. גרמים לליטר: 5 g × 10 = 50 g/L.
2. מולים לליטר: 50 g/L ÷ משקל מולקולרי (g/mol) = mol/L.

דוגמה פתורה

תמיסה של נתרן כלורי (NaCl) בריכוז 5% (w/v). המשקל המולקולרי של NaCl הוא 58.44 g/mol.

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

תמיסת NaCl בריכוז 5% היא בקירוב 0.856 M.

דוגמאות נוספות

• תמיסת מלח פיזיולוגי (NaCl בריכוז 0.9%): (0.9 × 10) ÷ 58.44 = 0.154 M
• תמיסת גלוקוז בריכוז 5% (C₆H₁₂O₆, 180.16 g/mol): (5 × 10) ÷ 180.16 = 0.278 M
• תמיסת נתרן הידרוקסידי בריכוז 10% (NaOH, 40.00 g/mol): (10 × 10) ÷ 40.00 = 2.50 M

כיצד להשתמש בממיר

1. הזינו את הריכוז באחוזים (w/v), מספר בין 0 ל־100.
2. הזינו את המשקל המולקולרי של החומר, ב־g/mol. עליו להיות גדול מ־0.
3. המולריות מופיעה באופן אוטומטי, ב־mol/L.
4. השתמשו בלחצן ההעתקה כדי להעתיק את התוצאה.

תוצאות הנמוכות מ־10 mol/L מוצגות בשלוש ספרות משמעותיות. תוצאות של 10 mol/L ומעלה מוצגות במקום עשרוני אחד.

משקלים מולקולריים נפוצים

דרכים אחרות לביטוי ריכוז

מולליות (m) סופרת את מולי המומס לקילוגרם ממס, ולא תמיסה. היא אינה משתנה עם הטמפרטורה, ולכן מדענים משתמשים בה לחישובי נקודת קיפאון ונקודת רתיחה.

$\text{מולליות (m)} = \frac{\text{מולי המומס}}{\text{מסת הממס בק״ג}}$

אחוז מסה (w/w) הוא מספר הגרמים של מומס לכל 100 גרמים תמיסה. הוא נפוץ על בקבוקים של חומצות ובסיסים מרוכזים. המרתו למולריות דורשת את צפיפות התמיסה:

$\text{מולריות} = \frac{\text{אחוז מסה} \times \text{צפיפות (g/mL)} \times 10}{\text{משקל מולקולרי}}$

אחוז נפח (v/v) משמש לתערובות של נוזל בנוזל, כגון אתנול במים. תמיסת אתנול בריכוז 70% v/v מכילה 70 mL אתנול לכל 100 mL תמיסה בסך הכול.

נורמליות (N) סופרת אקוויוולנטים של גרם לליטר. היא מופיעה בספרות ישנה יותר על טיטרציות, אך בכימיה המודרנית הוחלפה ברובה במולריות.

מגבלות הדיוק

ההמרה עצמה מדויקת עבור אחוז w/v. אחוז w/v כבר סופר את גרמי המומס בנפח קבוע של תמיסה, ולכן צפיפות התמיסה אינה נכנסת כלל לחישוב. השגיאות נובעות מהמספרים שהוזנו.

• שימוש בטעות באחוז w/w: חומצות ובסיסים מרוכזים מסומנים לפי מסה (w/w), ולא לפי נפח. חומצה הידרוכלורית מרוכזת היא בערך 37% w/w, בצפיפות הקרובה ל־1.19 g/mL, כלומר בערך 44% w/v, או בקירוב 12.1 mol/L. הזנת 37 במקום 44 גורמת להערכת חסר של המולריות בכשישית. יש להמיר תחילה באמצעות נוסחת הצפיפות שלעיל.
• תמיסות צפופות מאוד: אחוז w/v יכול לעבור את 100 כאשר תמיסה צפופה בהרבה ממים. חומצה גופרתית מרוכזת, בערך 96% w/w ובצפיפות של 1.84 g/mL, היא בקירוב 177% w/v, או בערך 18 mol/L. ממיר זה מקבל רק אחוזים מ־0 עד 100, ולכן ערכים מעל 100 יש לחשב ידנית.
• טמפרטורה: נפח התמיסה משתנה עם הטמפרטורה, ולכן המולריות משתנה מעט כשהטמפרטורה משתנה. המולליות אינה משתנה, מכיוון שהיא מבוססת על מסה ולא על נפח.
• תרכובות הידרטיות: תרכובות מסוימות סופחות מים למבנה הגבישי שלהן, והדבר משנה את המשקל המולקולרי שלהן. לגופרת נחושת נטולת מים (CuSO₄) יש משקל מולקולרי של 159.61 g/mol. לנחושת גופרתית פנטהידרטית (CuSO₄·5H₂O) יש משקל מולקולרי של 249.68 g/mol, הגבוה ביותר מ־50%. שימוש בערך שגוי נותן מולריות שונה מאוד מהערך הנכון.
• טוהר הריאגנט: כימיקלים מסחריים כמעט לעולם אינם בטוהר של 100%. ריאגנט המסומן כטהור ב־98% מכיל 2% חומר אחר לפי מסה, ולכן המולריות האמיתית של תמיסה שהוכנה ממנו נמוכה מעט יותר.

שאלות נפוצות

מה ההבדל בין מולריות למולליות?

מולריות היא מולי מומס לליטר תמיסה. מולליות היא מולי מומס לקילוגרם ממס. המולריות משתנה מעט עם הטמפרטורה, מכיוון שנפח הנוזל משתנה עם הטמפרטורה. המולליות נשארת קבועה, מכיוון שהמסה אינה משתנה עם הטמפרטורה.

מדוע משתמשים במולריות יותר מאשר בריכוז באחוזים?

תגובות כימיות מתרחשות בין מולקולות, והמולריות מציינת ישירות כמה מולים של חומר נמצאים בנפח נתון. ריכוז באחוזים מציין מסה, שאותה יש להמיר למולים לפני שהיא שימושית לחישובי תגובות.

כיצד ממירים מולריות בחזרה לריכוז באחוזים?

הופכים את הנוסחה:

$\text{ריכוז באחוזים (w/v)} = \frac{\text{מולריות} \times \text{משקל מולקולרי}}{10}$

תמיסת נתרן כלורי בריכוז 0.5 M שווה ל־(0.5 × 58.44) ÷ 10 = 2.92% w/v.

האם נוסחה זו פועלת עבור אחוזי משקל/משקל (w/w)?

לא. הנוסחה בדף זה מיועדת לאחוזי w/v בלבד. המרת אחוז w/w למולריות דורשת את צפיפות התמיסה, באמצעות הנוסחה המופיעה בסעיף "דרכים אחרות לביטוי ריכוז" לעיל.

האם צפיפות התמיסה משפיעה על התוצאה?

לא. אחוז w/v כבר מציין גרמים של מומס לכל 100 mL תמיסה, ולכן הנפח קבוע לפי ההגדרה והצפיפות אינה נדרשת בחישוב. צפיפות נחוצה רק כדי להפוך אחוז w/w, המציין גרמים לכל 100 גרמים תמיסה, לאחוז w/v או למולריות.

כיצד מכינים תמיסה בעלת מולריות מסוימת?

חשבו את המסה הדרושה לפי הנוסחה: מסה (גרם) = מולריות (מול/ליטר) × נפח (ליטר) × משקל מולקולרי (גרם/מול). שקלו מסה זו, המיסו אותה בכמות ממס הקטנה מהנפח הסופי, העבירו אותה לבקבוק מדידה נפחי, ואז הוסיפו ממס עד לסימון. הוספת ממס עד לנפח המלא לפני שהמומס נמס היא טעות נפוצה, מכיוון שהיא עלולה לגרום לנפח סופי גדול מדי.

מקורות

1. IUPAC Gold Book – Amount Concentration
2. NIST Chemistry WebBook
3. האריס, D. C. (2015). אנליזה כימית כמותית (מהדורה 9). W. H. Freeman and Company.
4. פרמקופיאה של ארצות הברית (USP)