Oplossingsconcentratiecalculator – Molariteit, Molaliteit & Meer

Wat is een calculator voor oplossingsconcentratie?

Een calculator voor oplossingsconcentratie bepaalt hoeveel opgeloste stof in een oplossing is opgelost, uitgedrukt in een gekozen eenheid. Een opgeloste stof is de stof die wordt opgelost, zoals zout of suiker. Deze tool zet de massa van de opgeloste stof, de molecuulmassa ervan, het volume van de oplossing en de dichtheid van de oplossing om in vijf veelgebruikte concentratie-eenheden: molariteit, molaliteit, massaprocent, volumeprocent en deeltjes per miljoen (ppm). Voor volumeprocent is nog een gegeven nodig, namelijk de dichtheid van de opgeloste stof zelf; daarom vraagt de calculator hierom wanneer die eenheid wordt geselecteerd.

Concentratie beschrijft de sterkte van een mengsel. Dezelfde oplossing kan op verschillende manieren worden beschreven, en elke eenheid is geschikt voor een ander doel. Een chemicus die een reactie mengt, gebruikt molariteit. Een fysisch chemicus die vriespunten bestudeert, gebruikt molaliteit. Een milieulaboratorium dat water onderzoekt, gebruikt ppm.

Concentratie-eenheden uitgelegd

• Molariteit (M) — mol opgeloste stof per liter oplossing. Veelgebruikt in de algemene chemie.
• Molaliteit (m) — mol opgeloste stof per kilogram oplosmiddel. Verandert niet met de temperatuur.
• Massaprocent (% m/m) — massa van de opgeloste stof gedeeld door de massa van de oplossing, vermenigvuldigd met 100.
• Volumeprocent (% v/v) — volume van de opgeloste stof gedeeld door het volume van de oplossing, vermenigvuldigd met 100. Gebruikt voor vloeibare mengsels zoals alcoholische dranken.
• Delen per miljoen (ppm) — massa van de opgeloste stof per miljoen massadelen van de oplossing. Gebruikt voor zeer kleine hoeveelheden (sporen).

Een mol is een vast aantal deeltjes (ongeveer 6,022 × 10²³), waarmee atomen of moleculen worden geteld door ze te wegen.

Molariteit berekenen

Molariteit is het aantal mol opgeloste stof gedeeld door het volume van de oplossing in liter:

$M = \frac{\text{mol opgeloste stof}}{\text{volume van de oplossing (L)}}$

Omdat het aantal mol gelijk is aan de massa gedeeld door de molecuulmassa, wordt de formule:

$M = \frac{\text{massa van de opgeloste stof (g)}}{\text{molecuulmassa (g/mol)} \times \text{volume van de oplossing (L)}}$

Voorbeeld. Los 5,85 g natriumchloride (NaCl, molecuulmassa 58,44 g/mol) op in voldoende water om 0,1 L oplossing te maken:

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

Het uiteindelijke volume moet worden gemeten nadat de opgeloste stof volledig is opgelost, niet ervoor. Een vaste stof toevoegen aan een vast volume water verhoogt het totale volume enigszins.

Molaliteit berekenen

Bij molaliteit wordt het aantal mol opgeloste stof gedeeld door de massa van het oplosmiddel, in kilogram, in plaats van door het volume van de oplossing:

$m = \frac{\text{massa van de opgeloste stof (g)}}{\text{molecuulmassa (g/mol)} \times \text{massa van het oplosmiddel (kg)}}$

Voorbeeld. Los 5,85 g NaCl op in precies 100 g (0,1 kg) water:

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

Omdat massa niet verandert met de temperatuur, blijft molaliteit constant wanneer een oplossing wordt verwarmd of gekoeld. Molariteit doet dat niet, omdat het volume bij warmte uitzet. Daarom wordt molaliteit gebruikt om vriespuntsdaling en kookpuntsverhoging te bestuderen.

Massaprocent berekenen

Het massaprocent is de massa van de opgeloste stof gedeeld door de totale massa van de oplossing, vermenigvuldigd met 100:

$\%\text{ w/w} = \frac{\text{massa van de opgeloste stof}}{\text{massa van de oplossing}} \times 100$

Voorbeeld. Los 10 g suiker op in 90 g water, voor een totale oplossingsmassa van 100 g:

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

Waterstofperoxide voor huishoudelijk gebruik is meestal voorzien van het etiket "3%", wat betekent: 3 g waterstofperoxide per 100 g oplossing.

Volumeprocent berekenen

Bij volumeprocent wordt het volume van de opgeloste stof gedeeld door het totale volume van de oplossing:

$\%\text{ v/v} = \frac{\text{volume van de opgeloste stof}}{\text{volume van de oplossing}} \times 100$

Voorbeeld. Meng ethanol met water tot 100 mL oplossing, met gebruik van 15 mL ethanol:

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

De calculator krijgt het volume van de opgeloste stof niet rechtstreeks. Hij berekent het volume op basis van de massa van de opgeloste stof en de eigen dichtheid ervan. Daarom vraagt hij in deze modus om die dichtheid:

$\text{volume van de opgeloste stof (L)} = \frac{\text{massa van de opgeloste stof (g)}}{\text{dichtheid van de opgeloste stof (g/mL)} \times 1000}$

Het invoeren van 10 g ethanol, waarvan de dichtheid 0,789 g/mL bedraagt, geeft 12,67 mL ethanol. In 1 L oplossing is dat 1,27% v/v. De dichtheid van de opgeloste stof is niet hetzelfde getal als de dichtheid van de oplossing. Als hier de dichtheid van de oplossing wordt gebruikt, is het antwoord onjuist voor elke opgeloste stof die dichter of lichter is dan het mengsel.

Dit is de eenheid die wordt gebruikt voor het alcoholgehalte van dranken. Wijn bevat meestal 12–14% v/v; gedistilleerde dranken bevatten 40% v/v of meer. Vloeistofvolumes tellen bij het mengen niet altijd exact op. Daarom wordt een nauwkeurige oplossing tot een eindvolume aangevuld en niet bepaald door de som van de afzonderlijke volumes.

Deeltjes per miljoen (ppm) berekenen

Deeltjes per miljoen wordt gebruikt voor zeer verdunde oplossingen. De massa van de opgeloste stof wordt gedeeld door de massa van de oplossing en vermenigvuldigd met één miljoen:

$\text{ppm} = \frac{\text{massa van de opgeloste stof}}{\text{massa van de oplossing}} \times 1{,}000{,}000$

Voorbeeld. Een watermonster van 1.000 g bevat 0,002 g opgelost lood:

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

Voor verdunde oplossingen op waterbasis komt 1 ppm ongeveer overeen met 1 milligram opgeloste stof per liter oplossing.

Uitgewerkt voorbeeld: fysiologische zoutoplossing

Fysiologische zoutoplossing is een 0,9% zoutoplossing die in de geneeskunde wordt gebruikt omdat de zoutconcentratie ervan overeenkomt met die van bloedplasma. Controleer een bereide oplossing van 9 g NaCl, opgelost tot een eindvolume van 1 L, met een oplossingsdichtheid van 1,005 g/mL:

Bereken eerst de totale massa van de oplossing op basis van het volume en de dichtheid:

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

• Massaprocent: 9 ÷ 1.005 × 100 = 0,90%
• Molariteit: 9 ÷ (58,44 × 1) = 0,154 mol/L
• Molaliteit: de massa van het oplosmiddel is 1.005 − 9 = 996 g (0,996 kg); 9 ÷ (58,44 × 0,996) = 0,155 mol/kg
• Deeltjes per miljoen: 9 ÷ 1.005 × 1.000.000 ≈ 8.955 ppm
• Volumeprocent: vast zout heeft een dichtheid van 2,165 g/mL, dus 9 g neemt 4,157 mL in beslag; 0,004157 ÷ 1 × 100 = 0,42% v/v

De ppm-waarde is niet precies 9.000, omdat de massa van de oplossing 1.005 g bedraagt en niet 1.000 g. De extra 5 g ontstaat doordat de dichtheid van de oplossing iets hoger is dan die van zuiver water.

Andere concentratie-eenheden

Sommige vakgebieden gebruiken naast de vijf bovenstaande eenheden nog andere. Normaliteit (N) telt reactieve eenheden in plaats van mol; een oplossing van zwavelzuur (H₂SO₄) van 1 M is 2 N, omdat elk molecuul twee waterstofionen kan afstaan. Molfractie deelt het aantal mol van één component door het totale aantal mol van alle stoffen in het mengsel en wordt gebruikt bij distillatieberekeningen. Voor extreem verdunde oplossingen schakelen chemici over van ppm naar delen per miljard (ppb) of delen per biljoen (ppt).

Veelvoorkomende foutenbronnen

Een berekende concentratie kan om verschillende redenen afwijken van de werkelijke concentratie. Het oplossen van een vaste stof verandert het totale volume van een oplossing. Daarom moet het eindvolume na het mengen worden gemeten en mag het niet gelijk worden verondersteld aan het oorspronkelijke volume van het oplosmiddel. Laboratoriumchemicaliën zijn zelden 100% zuiver; voor een reagens met het etiket "98,5% gehalte" moet de massa worden verhoogd ter compensatie. Sommige verbindingen bevatten water dat in hun kristalstructuur is gebonden, zogenoemd kristalwater; kopersulfaatpentahydraat (CuSO₄·5H₂O, 249,68 g/mol) weegt per mol meer dan watervrij kopersulfaat (159,61 g/mol), en het gebruik van de verkeerde molecuulmassa verandert het resultaat. Een temperatuurverandering verandert het volume van een oplossing, waardoor de molariteit verandert maar de molaliteit niet.

Veelgestelde vragen

Wat is het verschil tussen molariteit en molaliteit? Molariteit deelt door het volume van de oplossing, in liter. Molaliteit deelt door de massa van het oplosmiddel, in kilogram. Volume verandert met de temperatuur; massa niet. Voor verdunde oplossingen op waterbasis bij kamertemperatuur liggen de twee waarden dicht bij elkaar.

Hoe zet ik ppm om naar procent? Deel de ppm-waarde door 10.000. Bijvoorbeeld: 5.000 ppm is gelijk aan 0,5%.

Is 1 ppm altijd gelijk aan 1 mg/L? Alleen bij benadering, en alleen voor verdunde oplossingen waarvan de dichtheid dicht bij 1 g/mL ligt, zoals de meeste watermonsters. Bij dichtere vloeistoffen wijken de twee waarden van elkaar af.

Waarom komt mijn gemeten concentratie niet overeen met mijn berekening? Veelvoorkomende oorzaken zijn een onzuiver reagens, water dat in de kristalstructuur van de opgeloste stof is gebonden, een oplossingsvolume dat vóór het volledig mengen is gemeten, of een andere temperatuur dan de temperatuur waarbij de oplossing is bereid.

Wat is de maximale concentratie die een opgeloste stof kan bereiken? De grens wordt bepaald door de oplosbaarheid van de opgeloste stof in dat oplosmiddel bij die temperatuur. Keukenzout lost bij kamertemperatuur tot ongeveer 36 g per 100 mL water op; daarboven blijft onopgeloste vaste stof op de bodem van de houder liggen.

Heeft temperatuur invloed op de concentratie? Ja, voor eenheden die op volume zijn gebaseerd. Water zet uit wanneer het wordt verwarmd, waardoor de molariteit van een oplossing bij verwarming iets afneemt, ook al is de hoeveelheid opgeloste stof niet veranderd. Massaprocent en molaliteit, die op massa zijn gebaseerd, worden niet beïnvloed.

Referenties

1. Harris, D. C. (2015). Quantitative Chemical Analysis (9e ed.). W. H. Freeman.
2. Chang, R., & Goldsby, K. A. (2015). Chemistry (12e ed.). McGraw-Hill Education.
3. International Union of Pure and Applied Chemistry. (1997). Compendium of Chemical Terminology (het "Gold Book").
4. National Institute of Standards and Technology. NIST Chemistry WebBook. https://webbook.nist.gov/chemistry/