Calculator de molalitate

Un calculator de molalitate determină concentrația unei soluții în moli de substanță dizolvată pe kilogram de solvent, unitate pe care chimiștii o numesc molalitate. Utilizează trei date de intrare: masa substanței dizolvate, masa solventului și masa molară a substanței dizolvate. Rezultatul este afișat în mol/kg, cu patru zecimale.

Ce este molalitatea?

Molalitatea (simbolul m) măsoară câți moli dintr-o substanță dizolvată, numită solut, se află într-un kilogram din substanța în care este dizolvată, numită solvent. Ea răspunde unei întrebări simple: câți moli de solut sunt prezenți pentru fiecare kilogram de solvent?

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

Aici $n_{solute}$ este numărul de moli de solut, iar $m_{solvent}$ este masa solventului în kilograme.

Molalitatea ia în calcul doar masa solventului, nu masa totală a soluției obținute. Dacă 5,85 g de sare de masă (NaCl, cu masa molară 58,5 g/mol) se dizolvă în 100 g (0,1 kg) de apă, soluția conține 0,1 mol de sare în 0,1 kg de apă. Aceasta este o molalitate de 1,0 mol/kg, chiar dacă soluția combinată cântărește 105,85 g.

Molalitatea nu se schimbă cu temperatura, deoarece se bazează pe masă, nu pe volum. Lichidele se dilată ușor când sunt încălzite și se contractă când sunt răcite, astfel încât molaritatea (moli pe litru de soluție) variază cu temperatura. Molalitatea rămâne constantă, motiv pentru care este unitatea standard în studiile privind punctul de îngheț și punctul de fierbere.

Formula molalității

Chimiștii numără rareori molii direct; în schimb, cântăresc substanțele. Numărul de moli de solut este egal cu masa solutului împărțită la masa sa molară, astfel că formula utilizată devine:

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

• $m_{solute}$ — masa solutului cântărit, în grame
• $M_{solute}$ — masa molară a solutului, în g/mol, determinată cu ajutorul tabelului periodic
• $m_{solvent}$ — masa solventului, în kilograme

Cum se calculează molalitatea

1. Cântăriți solutul. Notați masa sa în grame, kilograme sau miligrame. Calculatorul acceptă oricare dintre cele trei unități și face conversia.
2. Determinați masa molară a solutului, în g/mol, folosind tabelul periodic. Pentru un hidrat precum CuSO₄·5H₂O, includeți masa moleculelor de apă în total.
3. Cântăriți numai solventul, înainte de amestecare, nu soluția combinată ulterior.
4. Convertiți ambele mase în unități compatibile: grame pentru solut și kilograme pentru solvent. Calculatorul face singur această conversie, folosind unitatea selectată lângă fiecare câmp pentru masă.
5. Împărțiți masa solutului la masa sa molară pentru a obține numărul de moli de solut.
6. Împărțiți numărul de moli de solut la masa solventului în kilograme pentru a obține molalitatea, în mol/kg.

Greșeli frecvente

• Folosirea masei soluției în locul masei solventului. Cântărirea a 100 g de apă, urmată de adăugarea a 10 g de sare, produce 110 g de soluție. Calculul molalității folosește în continuare doar cei 100 g de apă.
• Omiterea apei de cristalizare. CuSO₄·5H₂O are masa molară de 249,7 g/mol, nu masa molară de 159,6 g/mol a CuSO₄ anhidru.
• Confundarea gramelor cu kilogramelor. Introducerea masei solventului ca 500 în loc de 0,5 kg modifică rezultatul cu un factor de 1000.
• Rotunjirea prea devreme. Păstrați mai multe cifre în etapa calculării molilor de solut înainte de împărțire, apoi rotunjiți rezultatul final.

Exemplu: calcularea molalității

Problemă. Determinați molalitatea unei soluții preparate din 10 g de clorură de sodiu (NaCl, cu masa molară 58,44 g/mol) dizolvată în 500 g de apă.

1. Convertiți masa solventului în kilograme: 500 g = 0,5 kg.
2. Determinați numărul de moli de solut: 10 g ÷ 58,44 g/mol = 0,1711 mol.
3. Determinați molalitatea: 0,1711 mol ÷ 0,5 kg = 0,3422 mol/kg.

Exemplu: lucrul cu miligrame

Problemă. Determinați molalitatea unei soluții preparate din 25 mg de glucoză (C₆H₁₂O₆, cu masa molară 180,16 g/mol) dizolvată în 15 g de apă.

1. Convertiți masa solutului în grame: 25 mg = 0,025 g.
2. Convertiți masa solventului în kilograme: 15 g = 0,015 kg.
3. Determinați numărul de moli de solut: 0,025 g ÷ 180,16 g/mol ≈ 0,0001388 mol.
4. Determinați molalitatea: 0,0001388 mol ÷ 0,015 kg ≈ 0,0093 mol/kg.

Molalitatea comparată cu molaritatea

Molalitatea și molaritatea sună asemănător, dar măsoară lucruri diferite. Molalitatea împarte numărul de moli de solut la kilogramele de solvent. Molaritatea împarte numărul de moli de solut la litrii întregii soluții. Deoarece volumul lichidului se schimbă cu temperatura, iar molaritatea depinde de volum, molaritatea unei soluții variază ușor când aceasta se încălzește sau se răcește, în timp ce molalitatea rămâne aceeași. Pentru soluțiile apoase diluate, la temperatura camerei, cele două valori sunt adesea apropiate, dar nu sunt identice și nu trebuie înlocuite una cu cealaltă fără verificare.

O metodă aproximativă de conversie între ele, atunci când densitatea soluției este cunoscută, este:

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

unde $\rho$ este densitatea soluției în g/mL.

De ce folosesc chimiștii molalitatea

Molalitatea este utilizată ori de câte ori temperatura se schimbă în timpul unui experiment. În cazul scăderii punctului de îngheț, adică al coborârii punctului de îngheț al unei soluții sub cel al solventului pur, molalitatea apare direct în ecuația de bază:

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

$\Delta T_f$ este scăderea punctului de îngheț, $K_f$ este o constantă specifică solventului, $m$ este molalitatea, iar $i$ este numărul de particule produse de fiecare unitate de solut la dizolvare. Deoarece molalitatea nu variază pe măsură ce proba se răcește până la punctul de îngheț, ea oferă o valoare stabilă care poate fi introdusă în această ecuație. Același raționament se aplică ridicării punctului de fierbere și formulărilor farmaceutice care trebuie să mențină o concentrație constantă într-un interval de temperaturi de depozitare.

Întrebări frecvente

Care este diferența dintre molalitate și molaritate? Molalitatea reprezintă numărul de moli de solut pe kilogram de solvent. Molaritatea reprezintă numărul de moli de solut pe litru de soluție. Molalitatea depinde doar de masă, deci nu se schimbă cu temperatura; molaritatea depinde de volum, care se schimbă cu temperatura.

De ce folosesc unele experimente molalitatea în locul molarității? Orice măsurătoare efectuată într-un interval de temperaturi, cum ar fi scăderea punctului de îngheț, necesită o unitate de concentrație care să nu varieze pe măsură ce proba se încălzește sau se răcește. Deoarece molalitatea se bazează pe masă, ea rămâne constantă, în timp ce valoarea molarității s-ar schimba ușor odată cu volumul soluției.

Poate molalitatea să fie negativă sau egală cu zero? Nu, molalitatea nu poate fi negativă, deoarece descrie o cantitate fizică de solut dizolvat. Este egală cu zero numai atunci când nu este prezent niciun solut, ceea ce înseamnă că proba este solvent pur, nu o soluție.

Există o limită superioară pentru molalitate? Da. Molalitatea este limitată de solubilitatea solutului în solvent. După ce solventul conține cantitatea maximă de solut pe care o poate dizolva la temperatura și presiunea respective, molalitatea nu mai poate crește.

Are apa pură o molalitate? Nu. Molalitatea descrie un solut dizolvat într-un solvent. Apa pură nu conține solut, astfel că molalitatea nu i se aplică.

Cât de precis este un calculator de molalitate pentru soluții concentrate sau neideale? Împărțirea urmează direct definiția, iar acest calculator afișează rezultatul cu patru zecimale. Valoarea molalității rămâne corectă la orice concentrație. Ceea ce se schimbă într-o soluție concentrată sau neideală este modul în care această valoare se comportă în ecuațiile ulterioare, cum ar fi cea pentru scăderea punctului de îngheț, unde interacțiunile dintre ioni determină abateri ale comportamentului real față de formula simplă de proporționalitate.