Kalkulator Kepekatan Larutan – Molariti, Molaliti & Lain-lain

Apakah kalkulator kepekatan larutan?

Kalkulator kepekatan larutan menentukan jumlah bahan terlarut yang dilarutkan dalam sesuatu larutan, dinyatakan dalam unit yang dipilih. Bahan terlarut ialah bahan yang dilarutkan, seperti garam atau gula. Alat ini menukarkan jisim bahan terlarut, berat molekulnya, isi padu larutan dan ketumpatan larutan kepada lima unit kepekatan lazim: kemolaran, kemolalan, peratus mengikut jisim, peratus mengikut isi padu dan bahagian per sejuta (ppm). Peratus mengikut isi padu memerlukan satu angka tambahan, iaitu ketumpatan bahan terlarut itu sendiri, jadi kalkulator akan memintanya apabila unit tersebut dipilih.

Kepekatan menerangkan kepekatan sesuatu campuran. Larutan yang sama boleh diterangkan dalam beberapa cara, dan setiap unit sesuai untuk tujuan yang berbeza. Ahli kimia yang mencampurkan tindak balas menggunakan kemolaran. Ahli kimia fizik yang mengkaji takat beku menggunakan kemolalan. Makmal alam sekitar yang menguji air menggunakan ppm.

Penerangan tentang unit kepekatan

• Kemolaran (M) — mol bahan terlarut bagi setiap liter larutan. Lazim digunakan dalam kimia am.
• Kemolalan (m) — mol bahan terlarut bagi setiap kilogram pelarut. Tidak berubah mengikut suhu.
• Peratus mengikut jisim (% w/w) — jisim bahan terlarut dibahagi dengan jisim larutan, didarab dengan 100.
• Peratus mengikut isi padu (% v/v) — isi padu bahan terlarut dibahagi dengan isi padu larutan, didarab dengan 100. Digunakan untuk campuran cecair seperti minuman beralkohol.
• Bahagian per sejuta (ppm) — jisim bahan terlarut bagi setiap sejuta bahagian larutan mengikut jisim. Digunakan untuk kuantiti yang sangat kecil (jejak).

Satu mol ialah bilangan zarah yang tetap (kira-kira 6.022 × 10²³), digunakan untuk mengira atom atau molekul dengan menimbangnya.

Cara mengira kemolaran

Kemolaran ialah bilangan mol bahan terlarut dibahagi dengan isi padu larutan dalam liter:

$M = \frac{\text{mol bahan terlarut}}{\text{isi padu larutan (L)}}$

Oleh sebab mol bersamaan dengan jisim dibahagi dengan jisim molekul, formulanya menjadi:

$M = \frac{\text{jisim bahan terlarut (g)}}{\text{berat molekul (g/mol)} \times \text{isi padu larutan (L)}}$

Contoh. Larutkan 5.85 g natrium klorida (NaCl, berat molekul 58.44 g/mol) dalam air secukupnya untuk menghasilkan 0.1 L larutan:

$M = \frac{5.85}{58.44 \times 0.1} = 1.00 \text{ mol/L}$

Isi padu akhir mesti diukur selepas bahan terlarut larut sepenuhnya, bukan sebelumnya. Menambahkan pepejal ke dalam isi padu air yang tetap akan meningkatkan isi padu keseluruhan sedikit.

Cara mengira kemolalan

Kemolalan membahagikan mol bahan terlarut dengan jisim pelarut, dalam kilogram, bukannya isi padu larutan:

$m = \frac{\text{jisim bahan terlarut (g)}}{\text{berat molekul (g/mol)} \times \text{jisim pelarut (kg)}}$

Contoh. Larutkan 5.85 g NaCl dalam tepat 100 g (0.1 kg) air:

$m = \frac{5.85}{58.44 \times 0.1} = 1.00 \text{ mol/kg}$

Oleh sebab jisim tidak berubah mengikut suhu, kemolalan kekal malar apabila larutan dipanaskan atau disejukkan. Kemolaran tidak kekal malar kerana isi padu mengembang apabila dipanaskan. Oleh itu, kemolalan digunakan untuk mengkaji penurunan takat beku dan kenaikan takat didih.

Cara mengira peratus mengikut jisim

Peratus mengikut jisim ialah jisim bahan terlarut dibahagi dengan jumlah jisim larutan, didarab dengan 100:

$\%\text{ w/w} = \frac{\text{jisim bahan terlarut}}{\text{jisim larutan}} \times 100$

Contoh. Larutkan 10 g gula dalam 90 g air, untuk menghasilkan jumlah jisim larutan sebanyak 100 g:

$\%\text{ w/w} = \frac{10}{100} \times 100 = 10\%$

Hidrogen peroksida yang dijual untuk kegunaan rumah biasanya dilabelkan sebagai "3%", yang bermaksud 3 g hidrogen peroksida bagi setiap 100 g larutan.

Cara mengira peratus mengikut isi padu

Peratus mengikut isi padu membahagikan isi padu bahan terlarut dengan jumlah isi padu larutan:

$\%\text{ v/v} = \frac{\text{isi padu bahan terlarut}}{\text{isi padu larutan}} \times 100$

Contoh. Campurkan etanol dengan air untuk menghasilkan 100 mL larutan, menggunakan 15 mL etanol:

$\%\text{ v/v} = \frac{15}{100} \times 100 = 15\%$

Kalkulator tidak menerima isi padu bahan terlarut secara langsung. Kalkulator mengira isi padu itu daripada jisim bahan terlarut dan ketumpatan bahan terlarut itu sendiri, sebab itulah kalkulator meminta ketumpatan tersebut dalam mod ini:

$\text{isi padu bahan terlarut (L)} = \frac{\text{jisim bahan terlarut (g)}}{\text{ketumpatan bahan terlarut (g/mL)} \times 1000}$

Memasukkan 10 g etanol, yang ketumpatannya ialah 0.789 g/mL, memberikan 12.67 mL etanol. Dalam 1 L larutan, jumlah itu bersamaan 1.27% v/v. Ketumpatan bahan terlarut bukan angka yang sama dengan ketumpatan larutan, dan menggunakan ketumpatan larutan di sini akan memberikan jawapan yang salah bagi bahan terlarut yang lebih tumpat atau kurang tumpat daripada campuran.

Ini ialah unit yang digunakan untuk kandungan alkohol dalam minuman. Wain biasanya 12–14% v/v; minuman beralkohol suling ialah 40% v/v atau lebih tinggi. Isi padu cecair tidak semestinya berjumlah tepat apabila dicampurkan, jadi larutan yang tepat diukur hingga isi padu akhir dan bukannya diandaikan berdasarkan jumlah komponennya.

Cara mengira bahagian per sejuta (ppm)

Bahagian per sejuta digunakan untuk larutan yang sangat cair. Unit ini membahagikan jisim bahan terlarut dengan jisim larutan dan mendarabkannya dengan satu juta:

$\text{ppm} = \frac{\text{jisim bahan terlarut}}{\text{jisim larutan}} \times 1{,}000{,}000$

Contoh. Sampel air seberat 1,000 g mengandungi 0.002 g plumbum terlarut:

$\text{ppm} = \frac{0.002}{1000} \times 1{,}000{,}000 = 2 \text{ ppm}$

Bagi larutan berasaskan air yang cair, 1 ppm hampir bersamaan dengan 1 miligram bahan terlarut bagi setiap liter larutan.

Contoh pengiraan: larutan garam fisiologi

Larutan garam fisiologi ialah larutan garam 0.9% yang digunakan dalam perubatan kerana kepekatannya sepadan dengan kepekatan garam dalam plasma darah. Untuk memeriksa kelompok yang dibuat daripada 9 g NaCl yang dilarutkan sehingga mencapai isi padu akhir 1 L, dengan ketumpatan larutan 1.005 g/mL:

Mula-mula, tentukan jumlah jisim larutan daripada isi padu dan ketumpatannya:

$\text{jisim} = 1 \text{ L} \times 1.005 \text{ g/mL} \times 1000 = 1{,}005 \text{ g}$

• Peratus mengikut jisim: 9 ÷ 1,005 × 100 = 0.90%
• Kemolaran: 9 ÷ (58.44 × 1) = 0.154 mol/L
• Kemolalan: jisim pelarut ialah 1,005 − 9 = 996 g (0.996 kg); 9 ÷ (58.44 × 0.996) = 0.155 mol/kg
• Bahagian per sejuta: 9 ÷ 1,005 × 1,000,000 ≈ 8,955 ppm
• Peratus mengikut isi padu: garam pepejal mempunyai ketumpatan 2.165 g/mL, jadi 9 g mengambil isi padu 4.157 mL; 0.004157 ÷ 1 × 100 = 0.42% v/v

Nilai ppm bukan tepat-tepat 9,000 kerana jisim larutan ialah 1,005 g, bukannya 1,000 g. Tambahan 5 g itu berpunca daripada ketumpatan larutan yang sedikit lebih tinggi daripada air tulen.

Unit kepekatan lain

Sesetengah bidang menggunakan unit selain lima unit di atas. Kenormalan (N) mengira unit reaktif dan bukannya mol; larutan asid sulfurik (H₂SO₄) yang berkepekatan 1 M ialah 2 N kerana setiap molekul boleh menderma dua ion hidrogen. Pecahan mol membahagikan mol satu komponen dengan jumlah mol semua bahan dalam campuran, dan digunakan dalam pengiraan penyulingan. Bagi larutan yang sangat cair, ahli kimia beralih daripada ppm kepada bahagian per bilion (ppb) atau bahagian per trilion (ppt).

Punca kesilapan yang lazim

Kepekatan yang dikira boleh berbeza daripada nilai sebenar atas beberapa sebab. Melarutkan pepejal mengubah jumlah isi padu larutan, jadi isi padu akhir mesti diukur selepas pencampuran, bukan diandaikan sama dengan isi padu awal pelarut. Bahan kimia makmal jarang mencapai ketulenan 100%; reagen berlabel "98.5% assay" memerlukan jisim yang lebih besar untuk mengimbangi ketulenan tersebut. Sesetengah sebatian mengandungi air yang terikat dalam struktur hablurnya, yang dikenali sebagai air penghidratan; kuprum sulfat pentahidrat (CuSO₄·5H₂O, 249.68 g/mol) mempunyai berat per mol yang lebih tinggi daripada kuprum sulfat kontang (159.61 g/mol), dan penggunaan jisim molekul yang tidak tepat menjejaskan hasilnya. Perubahan suhu mengubah isi padu larutan, lalu mengubah kemolaran tetapi bukan kemolalan.

Soalan lazim

Apakah perbezaan antara kemolaran dengan kemolalan? Kemolaran membahagikan mol dengan isi padu larutan, dalam liter. Kemolalan membahagikan mol dengan jisim pelarut, dalam kilogram. Isi padu berubah mengikut suhu; jisim tidak berubah. Bagi larutan berasaskan air yang cair pada suhu bilik, kedua-dua nilai ini hampir sama.

Bagaimanakah ppm ditukar kepada peratus? Bahagikan nilai ppm dengan 10,000. Sebagai contoh, 5,000 ppm bersamaan dengan 0.5%.

Adakah 1 ppm sentiasa bersamaan dengan 1 mg/L? Hanya secara anggaran, dan hanya bagi larutan cair yang ketumpatan larutannya hampir 1 g/mL, seperti kebanyakan sampel air. Bagi cecair yang lebih tumpat, kedua-dua nilai itu berbeza.

Mengapakah kepekatan yang saya ukur tidak sepadan dengan pengiraan saya? Punca lazim termasuk reagen yang tidak tulen, air yang terikat dalam struktur hablur bahan terlarut, isi padu larutan yang diukur sebelum pencampuran lengkap, atau suhu yang berbeza daripada suhu semasa larutan disediakan.

Apakah kepekatan maksimum yang boleh dicapai oleh bahan terlarut? Hadnya ialah keterlarutan bahan terlarut dalam pelarut itu pada suhu tersebut. Garam dapur boleh larut sehingga kira-kira 36 g bagi setiap 100 mL air pada suhu bilik; selepas itu, pepejal yang tidak larut akan kekal di dasar bekas.

Adakah suhu mempengaruhi kepekatan? Ya, bagi unit yang berasaskan isi padu. Air mengembang apabila menjadi panas, jadi kemolaran larutan berkurang sedikit apabila dipanaskan walaupun jumlah bahan terlarut tidak berubah. Peratus mengikut jisim dan kemolalan, yang berasaskan jisim, tidak terjejas.

Rujukan

1. Harris, D. C. (2015). Analisis Kimia Kuantitatif (ed. ke-9). W. H. Freeman.
2. Chang, R., & Goldsby, K. A. (2015). Chemistry (edisi ke-12). McGraw-Hill Education.
3. Kesatuan Antarabangsa Kimia Tulen dan Gunaan. (1997). Kompendium Istilah Kimia ("Buku Emas").
4. Institut Piawaian dan Teknologi Kebangsaan. NIST Chemistry WebBook. https://webbook.nist.gov/chemistry/