Molalumo skaičiuotuvas

Molalumo skaičiuotuvas nustato tirpalo koncentraciją, išreikštą ištirpusios medžiagos moliais vienam kilogramui tirpiklio; šį vienetą chemikai vadina molalumu. Jam reikia trijų įvesties duomenų: ištirpusios medžiagos masės, tirpiklio masės ir ištirpusios medžiagos molinės masės. Rezultatas pateikiamas mol/kg, suapvalintas iki keturių skaitmenų po kablelio.

Kas yra molalumas?

Molalumas (simbolis m) parodo, kiek ištirpusios medžiagos, arba tirpinio, molių yra viename kilograme medžiagos, kurioje ji ištirpinta, arba tirpiklio. Jis atsako į paprastą klausimą: kiekviename tirpiklio kilograme yra kiek tirpinio molių?

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

Čia $n_{solute}$ yra tirpinio molių skaičius, o $m_{solvent}$ – tirpiklio masė kilogramais.

Molalumas apima tik tirpiklio masę, o ne bendrą paruošto tirpalo masę. Jei 5,85 g valgomosios druskos (NaCl, molinė masė 58,5 g/mol) ištirpsta 100 g (0,1 kg) vandens, tirpale yra 0,1 mol druskos 0,1 kg vandens. Taigi molalumas yra 1,0 mol/kg, nors bendro tirpalo masė yra 105,85 g.

Molalumas nekinta dėl temperatūros, nes jis apskaičiuojamas pagal masę, o ne tūrį. Šildomi skysčiai šiek tiek plečiasi, o vėsdami susitraukia, todėl molinė koncentracija (tirpinio molių skaičius viename tirpalo litre) kinta priklausomai nuo temperatūros. Molalumas išlieka pastovus, todėl jis yra standartinis vienetas tiriant užšalimo ir virimo temperatūros pokyčius.

Molalumo formulė

Chemikai retai skaičiuoja molius tiesiogiai; vietoj to jie sveria medžiagas. Tirpinio molių skaičius lygus jo masės ir molinės masės dalmeniui, todėl naudojama tokia formulė:

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

• $m_{solute}$ — pasvertos tirpinio medžiagos masė gramais
• $M_{solute}$ — tirpinio molinė masė g/mol, nustatoma pagal periodinę elementų lentelę
• $m_{solvent}$ — tirpiklio masė kilogramais

Kaip apskaičiuoti molalumą

1. Pasverkite tirpinį. Užrašykite jo masę gramais, kilogramais arba miligramais. Skaičiuotuvas priima bet kurį iš šių trijų vienetų ir juos perskaičiuoja.
2. Pagal periodinę elementų lentelę raskite tirpinio molinę masę, išreikštą g/mol. Jei tai hidratas, pavyzdžiui, CuSO₄·5H₂O, į bendrą masę įtraukite vandens molekulių masę.
3. Pasverkite tik tirpiklį prieš maišydami, o ne vėliau gautą bendrą tirpalą.
4. Perskaičiuokite abi mases į suderintus vienetus: tirpinio masę į gramus, o tirpiklio masę į kilogramus. Skaičiuotuvas tai atlieka pats, naudodamas vienetą, pasirinktą šalia kiekvieno masės laukelio.
5. Padalykite tirpinio masę iš jo molinės masės, kad gautumėte tirpinio molių skaičių.
6. Padalykite tirpinio molių skaičių iš tirpiklio masės kilogramais, kad gautumėte molalumą mol/kg.

Dažniausios klaidos

• Naudojama tirpalo, o ne tirpiklio masė. Pasvėrus 100 g vandens ir įdėjus 10 g druskos, gaunama 110 g tirpalo. Apskaičiuojant molalumą vis tiek naudojama tik 100 g vandens masė.
• Neįtraukiamas kristalizacinis vanduo. CuSO₄·5H₂O molinė masė yra 249,7 g/mol, o ne 159,6 g/mol bevandenio junginio CuSO₄ masė.
• Supainiojami gramai ir kilogramai. Įvedus tirpiklio masę 500 vietoj 0,5 kg, atsakymas skirsis 1000 kartų.
• Per anksti suapvalinama. Prieš dalydami išsaugokite papildomus skaitmenis tirpinio molių skaičiavimo etape, o galutinį atsakymą suapvalinkite vėliau.

Pavyzdys: molalumo apskaičiavimas

Užduotis. Raskite tirpalo, paruošto iš 10 g natrio chlorido (NaCl, molinė masė 58,44 g/mol), ištirpinto 500 g vandens, molalumą.

1. Perskaičiuokite tirpiklio masę į kilogramus: 500 g = 0,5 kg.
2. Raskite tirpinio molių skaičių: 10 g ÷ 58,44 g/mol = 0,1711 mol.
3. Raskite molalumą: 0,1711 mol ÷ 0,5 kg = 0,3422 mol/kg.

Pavyzdys: darbas su miligramais

Užduotis. Raskite tirpalo, paruošto iš 25 mg gliukozės (C₆H₁₂O₆, molinė masė 180,16 g/mol), ištirpintos 15 g vandens, molalumą.

1. Perskaičiuokite tirpinio masę į gramus: 25 mg = 0,025 g.
2. Perskaičiuokite tirpiklio masę į kilogramus: 15 g = 0,015 kg.
3. Raskite tirpinio molių skaičių: 0,025 g ÷ 180,16 g/mol ≈ 0,0001388 mol.
4. Raskite molalumą: 0,0001388 mol ÷ 0,015 kg ≈ 0,0093 mol/kg.

Molalumas ir molinė koncentracija

Molalumas ir molinė koncentracija skamba panašiai, tačiau matuoja skirtingus dalykus. Molalumas yra tirpinio molių skaičiaus ir tirpiklio kilogramų santykis. Molinė koncentracija yra tirpinio molių skaičiaus ir viso tirpalo litrų santykis. Kadangi skysčio tūris kinta priklausomai nuo temperatūros, o molinė koncentracija priklauso nuo tūrio, tirpalo molinė koncentracija šiek tiek kinta jam šylant ar vėstant, o molalumas išlieka toks pats. Praskiestų vandens tirpalų, esančių kambario temperatūroje, šios dvi vertės dažnai būna panašios, tačiau jos nėra tapačios ir jų negalima sukeisti nepatikrinus.

Kai žinomas tirpalo tankis, tarp jų apytiksliai perskaičiuoti galima taip:

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

kur $\rho$ yra tirpalo tankis g/ml.

Kodėl chemikai naudoja molalumą

Molalumas naudojamas visur, kur eksperimento metu kinta temperatūra. Užšalimo temperatūros sumažėjimo atveju, kai tirpalo užšalimo temperatūra nukrinta žemiau gryno tirpiklio užšalimo temperatūros, molalumas tiesiogiai įtraukiamas į pagrindinę lygtį:

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

$\Delta T_f$ yra užšalimo temperatūros sumažėjimas, $K_f$ yra tirpikliui būdinga konstanta, $m$ yra molalumas, o $i$ – dalelių, kurias ištirpusi sukuria kiekvienas tirpinio vienetas, skaičius. Kadangi molalumas nekinta mėginiui vėstant iki užšalimo temperatūros, į šią lygtį galima įrašyti stabilią reikšmę. Tas pats taikoma virimo temperatūros padidėjimui ir farmaciniams preparatams, kuriuose koncentracija turi išlikti pastovi įvairioje laikymo temperatūroje.

Dažnai užduodami klausimai

Kuo skiriasi molalumas ir molinė koncentracija? Molalumas yra tirpinio molių skaičius vienam tirpiklio kilogramui. Molinė koncentracija yra tirpinio molių skaičius vienam tirpalo litrui. Molalumas priklauso tik nuo masės, todėl nekinta dėl temperatūros; molinė koncentracija priklauso nuo tūrio, kuris dėl temperatūros kinta.

Kodėl kai kuriuose eksperimentuose naudojamas molalumas, o ne molinė koncentracija? Atliekant matavimus įvairioje temperatūroje, pavyzdžiui, tiriant užšalimo temperatūros sumažėjimą, reikia koncentracijos vieneto, kuris nekistų mėginiui šylant ar vėstant. Kadangi molalumas grindžiamas mase, jis išlieka pastovus, o molinės koncentracijos vertė šiek tiek keistųsi kartu su tirpalo tūriu.

Ar molalumas gali būti neigiamas arba lygus nuliui? Ne, molalumas negali būti neigiamas, nes jis apibūdina fizinį ištirpusio tirpinio kiekį. Jis lygus nuliui tik tada, kai tirpinio nėra, t. y. mėginys yra grynas tirpiklis, o ne tirpalas.

Ar molalumas turi viršutinę ribą? Taip. Molalumą riboja tirpinio tirpumas tirpiklyje. Kai tirpiklis esant tam tikrai temperatūrai ir slėgiui ištirpina tiek tirpinio, kiek gali, molalumas nebegali didėti.

Ar grynas vanduo turi molalumą? Ne. Molalumas apibūdina tirpiklyje ištirpusį tirpinį. Gryname vandenyje tirpinio nėra, todėl molalumo sąvoka jam netaikoma.

Kiek tikslus molalumo skaičiuotuvas koncentruotiems arba neidealiems tirpalams? Dalyba tiesiogiai atitinka apibrėžtį, o šis skaičiuotuvas pateikia atsakymą, suapvalintą iki keturių skaitmenų po kablelio. Pati molalumo vertė išlieka teisinga esant bet kokiai koncentracijai. Koncentruotame arba neidealiame tirpale keičiasi tai, kaip ši vertė naudojama vėlesnėse lygtyse, pavyzdžiui, apskaičiuojant užšalimo temperatūros sumažėjimą, kai dėl jonų sąveikos tikrasis elgesys nukrypsta nuo paprastos proporcingumo formulės.