Koncentrācijas uz Molāro attiecību Pārveidotājs | w/v % uz mol/L

Kas ir koncentrācijas pārveidotājs molaritātē?

Koncentrācijas pārveidotājs molaritātē pārvērš procentuālo koncentrāciju (masas un tilpuma attiecību, ko apzīmē ar w/v) molaritātē — vielas molu skaitā, kas izšķīdināti vienā šķīduma litrā. Tam nepieciešami divi skaitļi: procentuālā koncentrācija un izšķīdinātās vielas molekulmasa, kas izteikta gramos uz molu.

Kas ir molaritāte?

Molaritāte ir veids, kā izmērīt šķidrumā izšķīdinātās vielas daudzumu. To definē kā izšķīdušās vielas molu skaitu uz vienu šķīduma litru.

$\text{Molaritāte (M)} = \frac{\text{šķīdināmās vielas molu skaits}}{\text{šķīduma tilpums litros}}$

Mērvienība ir mol/L, un to bieži apzīmē ar M. Nātrija hlorīda šķīdums ar koncentrāciju 0,5 M satur 0,5 molus nātrija hlorīda katrā šķīduma litrā.

Ķīmiskās reakcijas notiek starp daļiņām, nevis gramiem. Molaritāte ķīmiķim norāda, cik daļiņu atrodas noteiktā tilpumā, tāpēc tā ir ķīmijas aprēķinos izmantotā standartvienība. Starptautiskā teorētiskās un lietišķās ķīmijas savienība (IUPAC) molaritāti min kā standarta veidu koncentrācijas izteikšanai.

Procentuālās koncentrācijas formula pārvēršanai molaritātē

$\text{Molaritāte (M)} = \frac{\text{Procentuālā koncentrācija (w/v)} \times 10}{\text{Molekulmasa (g/mol)}}$

Procentuālā koncentrācija w/v nozīmē izšķīdušās vielas gramu skaitu uz 100 mL šķīduma. Reizinot ar 10, to pārvērš gramos uz litru, jo viens litrs ir 1 000 mL. Dalot ar molekulmasu, gramus pārvērš molos.

Šī formula darbojas tikai w/v procentuālajām koncentrācijām. w/w procentuālajai koncentrācijai (masas attiecībai), kas ir izplatīta uz koncentrētu skābju pudelēm, nepieciešams arī šķīduma blīvums (skatīt tālāk).

Kā aprēķināt molaritāti no procentuālās koncentrācijas

1. Reiziniet procentuālo koncentrāciju ar 10. Tādējādi iegūst koncentrāciju gramos uz litru.
2. Izdaliet šo skaitli ar vielas molekulmasu, kas izteikta gramos uz molu.
3. Rezultāts ir molaritāte mol/L.

Kāpēc formula darbojas

Šķīdums ar 5% koncentrāciju w/v satur 5 gramus izšķīdušās vielas 100 mL šķīduma.

1. Grami uz litru: 5 g × 10 = 50 g/L.
2. Moli uz litru: 50 g/L ÷ molekulmasa (g/mol) = mol/L.

Aprēķina piemērs

Šķīdums ir 5% (w/v) nātrija hlorīda (NaCl). NaCl molekulmasa ir 58,44 g/mol.

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

5% NaCl šķīduma molaritāte ir aptuveni 0,856 M.

Citi piemēri

• Fizioloģiskais šķīdums (0,9% NaCl): (0,9 × 10) ÷ 58,44 = 0,154 M
• 5% glikozes šķīdums (C₆H₁₂O₆, 180,16 g/mol): (5 × 10) ÷ 180,16 = 0,278 M
• 10% nātrija hidroksīda šķīdums (NaOH, 40,00 g/mol): (10 × 10) ÷ 40,00 = 2,50 M

Kā izmantot pārveidotāju

1. Ievadiet procentuālo koncentrāciju (w/v), kas ir skaitlis no 0 līdz 100.
2. Ievadiet vielas molekulmasu g/mol. Tai jābūt lielākai par 0.
3. Molaritāte mol/L tiek parādīta automātiski.
4. Izmantojiet kopēšanas pogu, lai kopētu rezultātu.

Rezultāti, kas ir mazāki par 10 mol/L, tiek parādīti ar trim nozīmīgajiem cipariem. Rezultāti 10 mol/L un lielāki tiek parādīti ar vienu ciparu aiz komata.

Biežāk sastopamās molekulmasas

Citi koncentrācijas izteikšanas veidi

Molalitāte (m) ir izšķīdušās vielas molu skaits uz kilogramu šķīdinātāja, nevis šķīduma. Tā nemainās līdz ar temperatūru, tāpēc zinātnieki to izmanto sasalšanas un viršanas temperatūras aprēķinos.

$\text{Molalitāte (m)} = \frac{\text{šķīdināmās vielas molu skaits}}{\text{šķīdinātāja masa kg}}$

Masas procenti (w/w) ir izšķīdušās vielas gramu skaits uz 100 gramiem šķīduma. Tos bieži norāda uz koncentrētu skābju un bāzu pudelēm. Lai tos pārvērstu molaritātē, nepieciešams šķīduma blīvums:

$\text{Molaritāte} = \frac{\text{Masas procenti} \times \text{blīvums (g/mL)} \times 10}{\text{Molekulmasa}}$

Tilpuma procentus (v/v) izmanto šķidruma un šķidruma maisījumiem, piemēram, etanolam ūdenī. 70% etanola šķīdums v/v satur 70 mL etanola uz 100 mL kopējā šķīduma.

Normalitāte (N) ir gramekvivalentu skaits litrā. Tā sastopama senākā titrēšanas literatūrā, bet mūsdienu ķīmijā lielākoties ir aizstāta ar molaritāti.

Precizitātes ierobežojumi

Pati pārvēršana w/v procentuālajai koncentrācijai ir precīza. w/v procentuālā koncentrācija jau norāda izšķīdušās vielas gramu skaitu noteiktā šķīduma tilpumā, tāpēc šķīduma blīvums aprēķinā neparādās. Kļūdas rodas no ievadītajiem skaitļiem.

• Kļūdaini izmantota w/w procentuālā koncentrācija: koncentrētas skābes un bāzes tiek marķētas pēc masas (w/w), nevis tilpuma. Koncentrēta sālsskābe ir aptuveni 37% w/w, tās blīvums ir tuvu 1,19 g/mL, kas atbilst aptuveni 44% w/v jeb aptuveni 12,1 mol/L. Ievadot 37, nevis 44, molaritāte tiek novērtēta par aptuveni sesto daļu par zemu. Vispirms veiciet pārvēršanu, izmantojot iepriekš sniegto blīvuma formulu.
• Ļoti blīvi šķīdumi: w/v procentuālā koncentrācija var pārsniegt 100, ja šķīdums ir daudz blīvāks par ūdeni. Koncentrēta sērskābe, kuras koncentrācija ir aptuveni 96% w/w un blīvums 1,84 g/mL, atbilst aptuveni 177% w/v jeb aptuveni 18 mol/L. Šis pārveidotājs pieņem tikai koncentrācijas no 0 līdz 100, tāpēc vērtības virs 100 jāaprēķina manuāli.
• Temperatūra: šķīduma tilpums mainās līdz ar temperatūru, tāpēc, temperatūrai mainoties, nedaudz mainās arī molaritāte. Molalitāte nemainās, jo tās pamatā ir masa, nevis tilpums.
• Hidrātus veidojoši savienojumi: daži savienojumi absorbē ūdeni savā kristāliskajā struktūrā, un tas maina to molekulmasu. Bezūdens vara sulfāta (CuSO₄) molekulmasa ir 159,61 g/mol. Vara sulfāta pentahidrāta (CuSO₄·5H₂O) molekulmasa ir 249,68 g/mol, kas ir par vairāk nekā 50% lielāka. Nepareizās vērtības izmantošana dod stipri kļūdainu molaritāti.
• Reaģenta tīrība: komerciālās ķimikālijas reti ir 100% tīras. Reaģents, kas marķēts kā 98% tīrs, pēc masas satur 2% citu vielu, kas nedaudz samazina no tā pagatavota šķīduma faktisko molaritāti.

Biežāk uzdotie jautājumi

Kāda ir atšķirība starp molaritāti un molalitāti?

Molaritāte ir izšķīdušās vielas molu skaits uz vienu šķīduma litru. Molalitāte ir izšķīdušās vielas molu skaits uz vienu šķīdinātāja kilogramu. Molaritāte nedaudz mainās līdz ar temperatūru, jo šķidruma tilpums mainās atkarībā no temperatūras. Molalitāte paliek nemainīga, jo masa nemainās līdz ar temperatūru.

Kāpēc molaritāti izmanto biežāk nekā procentuālo koncentrāciju?

Ķīmiskās reakcijas notiek starp molekulām, un molaritāte tieši norāda, cik molu vielas atrodas noteiktā tilpumā. Procentuālā koncentrācija norāda masu, kas pirms izmantošanas reakciju aprēķinos jāpārvērš molos.

Kā molaritāti pārvērst atpakaļ procentuālajā koncentrācijā?

Apvērsiet formulu:

$\text{Procentuālā koncentrācija (w/v)} = \frac{\text{Molaritāte} \times \text{Molekulmasa}}{10}$

0,5 M nātrija hlorīda šķīdums atbilst (0,5 × 58,44) ÷ 10 = 2,92% w/v.

Vai šī formula darbojas masas attiecības (w/w) procentuālajām koncentrācijām?

Nē. Šajā lapā sniegtā formula paredzēta tikai w/v procentuālajām koncentrācijām. Lai w/w procentuālo koncentrāciju pārvērstu molaritātē, nepieciešams šķīduma blīvums, izmantojot iepriekš sadaļā “Citi koncentrācijas izteikšanas veidi” sniegto formulu.

Vai šķīduma blīvums ietekmē rezultātu?

Nē. w/v procentuālā koncentrācija jau norāda izšķīdušās vielas gramu skaitu uz 100 mL šķīduma, tāpēc tilpumu nosaka definīcija un blīvums aprēķinā vairs neparādās. Blīvums nepieciešams tikai, lai w/w procentuālo koncentrāciju, kas norāda gramu skaitu uz 100 gramiem šķīduma, pārvērstu w/v procentuālajā koncentrācijā vai molaritātē.

Kā pagatavot noteiktas molaritātes šķīdumu?

Aprēķiniet nepieciešamo masu, izmantojot formulu Masa (g) = molaritāte (mol/L) × tilpums (L) × molekulmasa (g/mol). Nosveriet šo masu, izšķīdiniet to šķīdinātāja tilpumā, kas ir mazāks par galīgo tilpumu, pārnesiet šķīdumu mērkolbā un pēc tam pievienojiet šķīdinātāju līdz atzīmei. Šķīdinātāja pievienošana līdz pilnam tilpumam pirms vielas izšķīdināšanas ir bieži sastopama kļūda, jo tā var padarīt galīgo tilpumu pārāk lielu.

Atsauces

1. IUPAC zelta grāmata – vielas daudzuma koncentrācija
2. NIST ķīmijas tīmekļa grāmata
3. Hariss, D. C. (2015). Kvantitatīvā ķīmiskā analīze (9. izd.). W. H. Freeman and Company.
4. Amerikas Savienoto Valstu farmakopeja (USP)