Calculadora de molalidade

Uma calculadora de molalidade determina a concentração de uma solução em mols de soluto por quilograma de solvente, uma unidade que os químicos chamam de molalidade. Ela usa três entradas: a massa do soluto, a massa do solvente e a massa molar do soluto. O resultado é exibido em mol/kg, com quatro casas decimais.

O que é molalidade?

A molalidade (símbolo m) mede quantos mols de uma substância dissolvida, o soluto, estão contidos em um quilograma da substância na qual ela está dissolvida, o solvente. Ela responde a uma pergunta simples: para cada quilograma de solvente, quantos mols de soluto estão presentes?

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

Aqui, $n_{solute}$ é o número de mols de soluto, e $m_{solvent}$ é a massa do solvente em quilogramas.

A molalidade considera apenas a massa do solvente, não a massa total da solução preparada. Se 5,85 g de sal de cozinha (NaCl, massa molar 58,5 g/mol) se dissolve em 100 g (0,1 kg) de água, a solução contém 0,1 mol de sal em 0,1 kg de água. Isso corresponde a uma molalidade de 1,0 mol/kg, embora a solução combinada pese 105,85 g.

A molalidade não muda com a temperatura, porque é baseada na massa, e não no volume. Os líquidos se expandem ligeiramente quando aquecidos e se contraem quando resfriados, por isso a molaridade (mols por litro de solução) varia com a temperatura. A molalidade permanece constante, razão pela qual é a unidade padrão em estudos do ponto de congelamento e do ponto de ebulição.

Fórmula da molalidade

Os químicos raramente contam os mols diretamente; em vez disso, pesam as substâncias. O número de mols de soluto é igual à massa do soluto dividida por sua massa molar, portanto a fórmula usada é:

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

• $m_{solute}$ — massa do soluto pesado, em gramas
• $M_{solute}$ — massa molar do soluto, em g/mol, obtida na tabela periódica
• $m_{solvent}$ — massa do solvente, em quilogramas

Como calcular a molalidade

1. Pese o soluto. Registre sua massa em gramas, quilogramas ou miligramas. A calculadora aceita qualquer uma das três unidades e faz a conversão.
2. Consulte a massa molar do soluto, em g/mol, na tabela periódica. Para um hidrato como CuSO₄·5H₂O, inclua a massa das moléculas de água no total.
3. Pese apenas o solvente, antes da mistura, e não a solução combinada depois.
4. Converta as duas massas para unidades compatíveis: gramas para o soluto e quilogramas para o solvente. A calculadora faz essa etapa automaticamente, usando a unidade escolhida ao lado de cada campo de massa.
5. Divida a massa do soluto por sua massa molar para obter os mols de soluto.
6. Divida os mols de soluto pela massa do solvente em quilogramas para obter a molalidade, em mol/kg.

Erros comuns

• Usar a massa da solução em vez da massa do solvente. Pesar 100 g de água e depois adicionar 10 g de sal resulta em 110 g de solução. O cálculo da molalidade ainda usa apenas os 100 g de água.
• Desconsiderar a água de hidratação. CuSO₄·5H₂O tem massa molar de 249,7 g/mol, e não de 159,6 g/mol, que corresponde apenas ao CuSO₄ anidro.
• Confundir gramas com quilogramas. Inserir a massa do solvente como 500 em vez de 0,5 kg altera o resultado por um fator de 1000.
• Arredondar cedo demais. Mantenha casas decimais adicionais durante a etapa de cálculo dos mols de soluto e arredonde apenas o resultado final.

Exemplo: cálculo da molalidade

Problema. Determine a molalidade de uma solução preparada com 10 g de cloreto de sódio (NaCl, massa molar 58,44 g/mol) dissolvido em 500 g de água.

1. Converta a massa do solvente para quilogramas: 500 g = 0,5 kg.
2. Determine os mols de soluto: 10 g ÷ 58,44 g/mol = 0,1711 mol.
3. Determine a molalidade: 0,1711 mol ÷ 0,5 kg = 0,3422 mol/kg.

Exemplo: trabalhando com miligramas

Problema. Determine a molalidade de uma solução preparada com 25 mg de glicose (C₆H₁₂O₆, massa molar 180,16 g/mol) dissolvida em 15 g de água.

1. Converta a massa do soluto para gramas: 25 mg = 0,025 g.
2. Converta a massa do solvente para quilogramas: 15 g = 0,015 kg.
3. Determine os mols de soluto: 0,025 g ÷ 180,16 g/mol ≈ 0,0001388 mol.
4. Determine a molalidade: 0,0001388 mol ÷ 0,015 kg ≈ 0,0093 mol/kg.

Molalidade versus molaridade

Molalidade e molaridade têm nomes parecidos, mas medem coisas diferentes. A molalidade divide os mols de soluto pelos quilogramas de solvente. A molaridade divide os mols de soluto pelos litros da solução inteira. Como o volume dos líquidos muda com a temperatura e a molaridade depende do volume, a molaridade de uma solução varia ligeiramente quando ela aquece ou esfria, enquanto sua molalidade permanece igual. Em soluções aquosas diluídas à temperatura ambiente, os dois valores costumam ser próximos, mas não são idênticos e não devem ser intercambiados sem verificação.

Uma forma aproximada de converter entre elas, quando a densidade da solução é conhecida, é:

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

em que $\rho$ é a densidade da solução em g/mL.

Por que os químicos usam a molalidade

A molalidade aparece sempre que a temperatura muda durante um experimento. Na depressão do ponto de congelamento, a redução do ponto de congelamento de uma solução em relação ao do solvente puro, a molalidade aparece diretamente na equação que a descreve:

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

$\Delta T_f$ é a depressão do ponto de congelamento, $K_f$ é uma constante específica do solvente, $m$ é a molalidade e $i$ é o número de partículas que cada unidade de soluto produz ao se dissolver. Como a molalidade não varia enquanto a amostra esfria em direção ao ponto de congelamento, ela fornece um número estável para ser inserido nessa equação. O mesmo raciocínio se aplica à elevação do ponto de ebulição e a formulações farmacêuticas que precisam manter uma concentração constante em uma faixa de temperaturas de armazenamento.

Perguntas frequentes

Qual é a diferença entre molalidade e molaridade? Molalidade é o número de mols de soluto por quilograma de solvente. Molaridade é o número de mols de soluto por litro de solução. A molalidade depende apenas da massa, por isso não muda com a temperatura; a molaridade depende do volume, que muda com a temperatura.

Por que alguns experimentos usam molalidade em vez de molaridade? Qualquer medição feita em uma faixa de temperaturas, como a depressão do ponto de congelamento, precisa de uma unidade de concentração que não varie enquanto a amostra aquece ou esfria. Como a molalidade se baseia na massa, ela permanece constante, enquanto o valor da molaridade mudaria ligeiramente junto com o volume da solução.

A molalidade pode ser negativa ou zero? Não, a molalidade não pode ser negativa, pois descreve uma quantidade física de soluto dissolvido. Ela é zero apenas quando não há soluto presente, o que significa que a amostra é solvente puro, e não uma solução.

Existe um limite superior para a molalidade? Sim. A molalidade é limitada pela solubilidade do soluto no solvente. Quando o solvente contém a quantidade máxima de soluto que consegue dissolver naquela temperatura e pressão, a molalidade não pode aumentar mais.

A água pura tem molalidade? Não. A molalidade descreve um soluto dissolvido em um solvente. A água pura não contém soluto, portanto a molalidade não se aplica a ela.

Qual é a precisão de uma calculadora de molalidade para soluções concentradas ou não ideais? A divisão segue diretamente a definição, e esta calculadora informa o resultado com quatro casas decimais. O valor da molalidade permanece correto em qualquer concentração. O que muda em uma solução concentrada ou não ideal é o comportamento desse valor em equações posteriores, como a depressão do ponto de congelamento, nas quais as interações entre os íons fazem o comportamento real se afastar da fórmula de proporcionalidade simples.