Calcolatore della molalità

Un calcolatore della molalità determina la concentrazione di una soluzione in moli di soluto per chilogrammo di solvente, un'unità che i chimici chiamano molalità. Richiede tre dati: la massa del soluto, la massa del solvente e la massa molare del soluto. Il risultato è mostrato in mol/kg, con quattro cifre decimali.

Che cos'è la molalità?

La molalità (simbolo m) misura quante moli di una sostanza disciolta, il soluto, sono contenute in un chilogrammo della sostanza in cui è disciolta, il solvente. Risponde a una domanda semplice: per ogni chilogrammo di solvente, quante moli di soluto sono presenti?

$m = \frac{n_{solute}}{m_{solvent}}$

Qui $n_{solute}$ è il numero di moli di soluto e $m_{solvent}$ è la massa del solvente in chilogrammi.

La molalità considera solo la massa del solvente, non la massa totale della soluzione ottenuta. Se 5,85 g di sale da cucina (NaCl, massa molare 58,5 g/mol) si sciolgono in 100 g (0,1 kg) di acqua, la soluzione contiene 0,1 mol di sale in 0,1 kg di acqua. La molalità è quindi 1,0 mol/kg, anche se la soluzione complessiva pesa 105,85 g.

La molalità non cambia con la temperatura, perché si basa sulla massa e non sul volume. I liquidi si espandono leggermente quando vengono riscaldati e si contraggono quando vengono raffreddati, perciò la molarità (moli per litro di soluzione) varia con la temperatura. La molalità rimane fissa, motivo per cui è l'unità standard negli studi sull'abbassamento crioscopico e sull'innalzamento ebullioscopico.

Formula della molalità

I chimici raramente contano direttamente le moli; pesano invece le sostanze. Le moli di soluto equivalgono alla massa del soluto divisa per la sua massa molare, quindi la formula operativa diventa:

$m = \frac{m_{solute} / M_{solute}}{m_{solvent}}$

• $m_{solute}$ — massa del soluto pesato, in grammi
• $M_{solute}$ — massa molare del soluto, in g/mol, ricavata dalla tavola periodica
• $m_{solvent}$ — massa del solvente, in chilogrammi

Come calcolare la molalità

1. Pesare il soluto. Registrare la massa in grammi, chilogrammi o milligrammi. Il calcolatore accetta tutte e tre le unità e le converte.
2. Cercare la massa molare del soluto, in g/mol, nella tavola periodica. Per un idrato come CuSO₄·5H₂O, includere nel totale la massa delle molecole d'acqua.
3. Pesare solo il solvente, prima della miscelazione, non la soluzione complessiva dopo averla preparata.
4. Convertire entrambe le masse in unità compatibili: grammi per il soluto, chilogrammi per il solvente. Il calcolatore esegue automaticamente questo passaggio, in base all'unità selezionata accanto a ciascun campo della massa.
5. Dividere la massa del soluto per la sua massa molare per ottenere le moli di soluto.
6. Dividere le moli di soluto per la massa del solvente in chilogrammi per ottenere la molalità, in mol/kg.

Errori comuni

• Usare la massa della soluzione invece di quella del solvente. Pesare 100 g di acqua e poi aggiungere 10 g di sale dà 110 g di soluzione. Il calcolo della molalità usa comunque solo i 100 g di acqua.
• Omettere l'acqua di idratazione. CuSO₄·5H₂O ha una massa molare di 249,7 g/mol, non di 159,6 g/mol, che corrisponde al solo CuSO₄ anidro.
• Confondere grammi e chilogrammi. Inserire la massa del solvente come 500 invece di 0,5 kg altera il risultato di un fattore 1000.
• Arrotondare troppo presto. Mantenere le cifre aggiuntive durante il calcolo delle moli di soluto e arrotondare il risultato finale solo alla fine.

Esempio: calcolo della molalità

Problema. Calcolare la molalità di una soluzione preparata sciogliendo 10 g di cloruro di sodio (NaCl, massa molare 58,44 g/mol) in 500 g di acqua.

1. Convertire la massa del solvente in chilogrammi: 500 g = 0,5 kg.
2. Calcolare le moli di soluto: 10 g ÷ 58,44 g/mol = 0,1711 mol.
3. Calcolare la molalità: 0,1711 mol ÷ 0,5 kg = 0,3422 mol/kg.

Esempio: lavorare con i milligrammi

Problema. Calcolare la molalità di una soluzione preparata sciogliendo 25 mg di glucosio (C₆H₁₂O₆, massa molare 180,16 g/mol) in 15 g di acqua.

1. Convertire la massa del soluto in grammi: 25 mg = 0,025 g.
2. Convertire la massa del solvente in chilogrammi: 15 g = 0,015 kg.
3. Calcolare le moli di soluto: 0,025 g ÷ 180,16 g/mol ≈ 0,0001388 mol.
4. Calcolare la molalità: 0,0001388 mol ÷ 0,015 kg ≈ 0,0093 mol/kg.

Molalità e molarità

Molalità e molarità hanno nomi simili, ma misurano grandezze diverse. La molalità divide le moli di soluto per i chilogrammi di solvente. La molarità divide le moli di soluto per i litri dell'intera soluzione. Poiché il volume dei liquidi cambia con la temperatura e la molarità dipende dal volume, la molarità di una soluzione varia leggermente quando si riscalda o si raffredda, mentre la molalità rimane invariata. Per le soluzioni acquose diluite a temperatura ambiente, i due valori sono spesso simili, ma non identici e non devono essere scambiati senza una verifica.

Un metodo approssimato per convertire l'uno nell'altro, quando si conosce la densità della soluzione, è:

$Molarity = \frac{Molality \times \rho}{1 + (Molality \times M_{solute} / 1000)}$

dove $\rho$ è la densità della soluzione in g/mL.

Perché i chimici usano la molalità

La molalità viene usata ogni volta che durante un esperimento cambia la temperatura. Nell'abbassamento crioscopico, cioè la diminuzione del punto di congelamento di una soluzione rispetto a quello del solvente puro, la molalità compare direttamente nell'equazione che lo descrive:

$\Delta T_f = K_f \times m \times i$

$\Delta T_f$ è l'abbassamento crioscopico, $K_f$ è una costante specifica del solvente, $m$ è la molalità e $i$ è il numero di particelle prodotte da ciascuna unità di soluto quando si scioglie. Poiché la molalità non varia mentre il campione si raffredda verso il punto di congelamento, fornisce un valore stabile da inserire in questa equazione. Lo stesso ragionamento vale per l'innalzamento ebullioscopico e per le formulazioni farmaceutiche che devono mantenere una concentrazione costante in un intervallo di temperature di conservazione.

Domande frequenti

Qual è la differenza tra molalità e molarità? La molalità è il numero di moli di soluto per chilogrammo di solvente. La molarità è il numero di moli di soluto per litro di soluzione. La molalità dipende solo dalla massa, quindi non cambia con la temperatura; la molarità dipende dal volume, che invece cambia con la temperatura.

Perché alcuni esperimenti usano la molalità invece della molarità? Qualsiasi misurazione effettuata in un intervallo di temperature, come l'abbassamento crioscopico, richiede un'unità di concentrazione che non vari quando il campione si riscalda o si raffredda. Poiché la molalità si basa sulla massa, rimane costante, mentre il valore della molarità cambierebbe leggermente insieme al volume della soluzione.

La molalità può essere negativa o zero? No, la molalità non può essere negativa, poiché descrive una quantità fisica di soluto disciolto. È zero solo quando non è presente alcun soluto, cioè quando il campione è costituito da solvente puro e non da una soluzione.

Esiste un limite superiore per la molalità? Sì. La molalità è limitata dalla solubilità del soluto nel solvente. Quando il solvente contiene la massima quantità di soluto che può sciogliere a quella temperatura e pressione, la molalità non può aumentare ulteriormente.

L'acqua pura ha una molalità? No. La molalità descrive un soluto disciolto in un solvente. L'acqua pura non contiene soluto, quindi la molalità non si applica a essa.

Quanto è preciso un calcolatore della molalità per soluzioni concentrate o non ideali? La divisione segue direttamente la definizione e questo calcolatore mostra il risultato con quattro cifre decimali. Il valore della molalità rimane corretto a qualsiasi concentrazione. Ciò che cambia in una soluzione concentrata o non ideale è il modo in cui tale valore si comporta nelle equazioni successive, come quella dell'abbassamento crioscopico, in cui le interazioni tra gli ioni fanno sì che il comportamento reale si discosti dalla semplice formula di proporzionalità.