Molalitātes kalkulators

Molalitātes kalkulators nosaka šķīduma koncentrāciju, izteiktu kā izšķīdušās vielas molu skaitu uz kilogramu šķīdinātāja; šo mērvienību ķīmiķi sauc par molalitāti. Tam nepieciešami trīs ievaddati: izšķīdušās vielas masa, šķīdinātāja masa un izšķīdušās vielas molmasa. Rezultāts tiek parādīts mol/kg ar četrām zīmēm aiz komata.

Kas ir molalitāte?

Molalitāte (simbols m) raksturo, cik molu izšķīdušās vielas, ko sauc par šķīdināmo vielu, atrodas vienā kilogramā vielas, kurā tā ir izšķīdusi, — šķīdinātāja. Tā atbild uz vienkāršu jautājumu: cik molu izšķīdušās vielas ir katrā šķīdinātāja kilogramā?

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

Šeit $n_{solute}$ ir izšķīdušās vielas molu skaits, bet $m_{solvent}$ ir šķīdinātāja masa kilogramos.

Molalitātē ņem vērā tikai šķīdinātāja masu, nevis gatavā šķīduma kopējo masu. Ja 5,85 g vārāmā sāls (NaCl, molmasa 58,5 g/mol) izšķīst 100 g (0,1 kg) ūdens, šķīdums satur 0,1 mol sāls 0,1 kg ūdens. Tātad molalitāte ir 1,0 mol/kg, lai gan kopējā šķīduma masa ir 105,85 g.

Molalitāte nemainās līdz ar temperatūru, jo tās pamatā ir masa, nevis tilpums. Karsējot šķidrumi nedaudz izplešas, bet atdzesējot saraujas, tāpēc molaritāte (molu skaits uz litru šķīduma) mainās līdz ar temperatūru. Molalitāte paliek nemainīga, tādēļ tā ir standarta mērvienība sasalšanas punkta pazemināšanās un viršanas punkta paaugstināšanās pētījumos.

Molalitātes formula

Ķīmiķi reti skaita molus tieši; tā vietā viņi vielas nosver. Izšķīdušās vielas molu skaits ir vienāds ar tās masas dalījumu ar molmasu, tāpēc praktiski izmanto šādu formulu:

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

• $m_{solute}$ — nosvērtās izšķīdušās vielas masa gramos
• $M_{solute}$ — izšķīdušās vielas molmasa g/mol, ko nosaka pēc periodiskās tabulas
• $m_{solvent}$ — šķīdinātāja masa kilogramos

Kā aprēķināt molalitāti

1. Nosveriet izšķīdušo vielu. Pierakstiet tās masu gramos, kilogramos vai miligramos. Kalkulators pieņem jebkuru no šīm trim mērvienībām un veic pārrēķinu.
2. Nosakiet izšķīdušās vielas molmasu g/mol pēc periodiskās tabulas. Hidratam, piemēram, CuSO₄·5H₂O, kopējā molmasā iekļaujiet arī ūdens molekulu masu.
3. Nosveriet tikai šķīdinātāju pirms sajaukšanas, nevis iegūto šķīdumu pēc tam.
4. Pārvērtiet abas masas atbilstošās mērvienībās: izšķīdušās vielas masu gramos, bet šķīdinātāja masu kilogramos. Kalkulators šo darbību veic pats, izmantojot mērvienību, kas izvēlēta blakus katram masas laukam.
5. Izdaliet izšķīdušās vielas masu ar tās molmasu, lai iegūtu izšķīdušās vielas molu skaitu.
6. Izdaliet izšķīdušās vielas molu skaitu ar šķīdinātāja masu kilogramos, lai iegūtu molalitāti mol/kg.

Biežākās kļūdas

• Šķīdinātāja masas vietā izmanto šķīduma masu. Nosverot 100 g ūdens un pievienojot 10 g sāls, iegūst 110 g šķīduma. Molalitātes aprēķinā joprojām izmanto tikai 100 g ūdens.
• Neņem vērā kristalizācijas ūdeni. CuSO₄·5H₂O molmasa ir 249,7 g/mol, nevis bezūdens CuSO₄ molmasa 159,6 g/mol.
• Sajauc gramus ar kilogramiem. Ievadot šķīdinātāja masu kā 500, nevis 0,5 kg, rezultāts atšķirsies par koeficientu 1000.
• Pārāk agri noapaļo rezultātu. Molu aprēķina posmā saglabājiet papildu ciparus un noapaļojiet tikai galīgo atbildi.

Piemērs: molalitātes aprēķins

Uzdevums. Aprēķiniet šķīduma molalitāti, ja tas pagatavots, izšķīdinot 10 g nātrija hlorīda (NaCl, molmasa 58,44 g/mol) 500 g ūdens.

1. Pārvērtiet šķīdinātāja masu kilogramos: 500 g = 0,5 kg.
2. Nosakiet izšķīdušās vielas molu skaitu: 10 g ÷ 58,44 g/mol = 0,1711 mol.
3. Nosakiet molalitāti: 0,1711 mol ÷ 0,5 kg = 0,3422 mol/kg.

Piemērs: darbs ar miligramiem

Uzdevums. Aprēķiniet šķīduma molalitāti, ja tas pagatavots, izšķīdinot 25 mg glikozes (C₆H₁₂O₆, molmasa 180,16 g/mol) 15 g ūdens.

1. Pārvērtiet izšķīdušās vielas masu gramos: 25 mg = 0,025 g.
2. Pārvērtiet šķīdinātāja masu kilogramos: 15 g = 0,015 kg.
3. Nosakiet izšķīdušās vielas molu skaitu: 0,025 g ÷ 180,16 g/mol ≈ 0,0001388 mol.
4. Nosakiet molalitāti: 0,0001388 mol ÷ 0,015 kg ≈ 0,0093 mol/kg.

Molalitāte pret molaritāti

Molalitāte un molaritāte izklausās līdzīgi, taču tās mēra atšķirīgus lielumus. Molalitāti iegūst, izdalot izšķīdušās vielas molu skaitu ar šķīdinātāja kilogramu skaitu. Molaritāti iegūst, izdalot izšķīdušās vielas molu skaitu ar visa šķīduma litru skaitu. Tā kā šķidruma tilpums mainās līdz ar temperatūru un molaritāte ir atkarīga no tilpuma, šķīduma molaritāte, tam sasilstot vai atdziestot, nedaudz mainās, bet molalitāte paliek nemainīga. Atšķaidītiem ūdens šķīdumiem istabas temperatūrā abas vērtības bieži ir tuvas, taču tās nav identiskas un tās nevajadzētu aizstāt vienu ar otru bez pārbaudes.

Aptuvens veids, kā pārvērst vienu lielumu otrā, ja ir zināms šķīduma blīvums, ir šāds:

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

kur $\rho$ ir šķīduma blīvums g/ml.

Kāpēc ķīmiķi izmanto molalitāti

Molalitāti izmanto visur, kur eksperimenta laikā mainās temperatūra. Sasalšanas punkta pazemināšanās gadījumā, kad šķīduma sasalšanas punkts pazeminās salīdzinājumā ar tīra šķīdinātāja sasalšanas punktu, molalitāte ir tieši ietverta pamatvienādojumā:

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

$\Delta T_f$ ir sasalšanas punkta pazemināšanās, $K_f$ ir šķīdinātājam raksturīga konstante, $m$ ir molalitāte, bet $i$ ir daļiņu skaits, ko rada katra izšķīdušās vielas vienība, tai izšķīstot. Tā kā molalitāte nemainās, paraugam atdziestot līdz sasalšanas punktam, tā nodrošina stabilu skaitli, ko ievietot šajā vienādojumā. Tas pats attiecas uz viršanas punkta paaugstināšanos un farmaceitiskajiem preparātiem, kuriem jāuztur nemainīga koncentrācija dažādās uzglabāšanas temperatūrās.

Biežāk uzdotie jautājumi

Kāda ir atšķirība starp molalitāti un molaritāti? Molalitāte ir izšķīdušās vielas molu skaits uz šķīdinātāja kilogramu. Molaritāte ir izšķīdušās vielas molu skaits uz šķīduma litru. Molalitāte ir atkarīga tikai no masas, tāpēc nemainās līdz ar temperatūru; molaritāte ir atkarīga no tilpuma, kas līdz ar temperatūru mainās.

Kāpēc dažos eksperimentos izmanto molalitāti, nevis molaritāti? Jebkuram mērījumam, kas tiek veikts dažādās temperatūrās, piemēram, sasalšanas punkta pazemināšanās noteikšanai, nepieciešama koncentrācijas mērvienība, kas nemainīsies, paraugam sasilstot vai atdziestot. Tā kā molalitātes pamatā ir masa, tā paliek nemainīga, bet molaritātes vērtība nedaudz mainītos līdz ar šķīduma tilpumu.

Vai molalitāte var būt negatīva vai nulle? Nē, molalitāte nevar būt negatīva, jo tā raksturo izšķīdušās vielas fizisko daudzumu. Tā ir nulle tikai tad, ja šķīdumā nav izšķīdušās vielas, proti, paraugs ir tīrs šķīdinātājs, nevis šķīdums.

Vai molalitātei ir augšējā robeža? Jā. Molalitāti ierobežo izšķīdušās vielas šķīdība šķīdinātājā. Kad šķīdinātājs konkrētajā temperatūrā un spiedienā satur tik daudz izšķīdušās vielas, cik spēj izšķīdināt, molalitāte vairs nevar palielināties.

Vai tīram ūdenim ir molalitāte? Nē. Molalitāte raksturo šķīdinātājā izšķīdušu vielu. Tīrs ūdens nesatur izšķīdušu vielu, tāpēc molalitāte uz to neattiecas.

Cik precīzs ir molalitātes kalkulators koncentrētiem vai neideāliem šķīdumiem? Dalīšana tieši atbilst definīcijai, un šis kalkulators parāda atbildi ar četrām zīmēm aiz komata. Pati molalitātes vērtība ir pareiza pie jebkuras koncentrācijas. Koncentrētā vai neideālā šķīdumā mainās tas, kā šī vērtība darbojas turpmākajos vienādojumos, piemēram, sasalšanas punkta pazemināšanās aprēķinā, kur jonu mijiedarbība izraisa reālās uzvedības novirzi no vienkāršās proporcionālās formulas.