Конвертер концентрации в молярность | % в/о в моль/л

Что такое конвертер процентной концентрации в молярность?

Конвертер процентной концентрации в молярность переводит процентную концентрацию (масса на объём, обозначается w/v) в молярность — количество молей вещества, растворённого в одном литре раствора. Для этого нужны два числа: процентная концентрация и молярная масса растворённого вещества, выраженная в граммах на моль.

Что такое молярность?

Молярность — это способ измерить, сколько вещества растворено в жидкости. Она определяется как количество молей растворённого вещества на литр раствора.

$\text{Молярность (M)} = \frac{\text{количество молей растворённого вещества}}{\text{объём раствора в литрах}}$

Единица измерения — моль/л, часто обозначаемая как M. Раствор хлорида натрия концентрацией «0,5 M» содержит 0,5 моля хлорида натрия в каждом литре раствора.

Химические реакции происходят между частицами, а не между граммами. Молярность показывает химику, сколько частиц содержится в заданном объёме, поэтому это стандартная единица для химических расчётов. Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) указывает молярность как стандартный способ выражения концентрации.

Формула перевода процентной концентрации в молярность

$\text{Молярность (M)} = \frac{\text{Процентная концентрация (w/v)} \times 10}{\text{Молярная масса (г/моль)}}$

Процент w/v означает количество граммов растворённого вещества на 100 мл раствора. Умножение на 10 переводит это значение в граммы на литр, поскольку один литр равен 1 000 мл. Деление на молярную массу переводит граммы в моли.

Эта формула работает только для процентов w/v. Для процентов w/w (масса на массу), часто указываемых на бутылках с концентрированными кислотами, дополнительно нужна плотность раствора (см. ниже).

Как рассчитать молярность по процентной концентрации

1. Умножьте процентную концентрацию на 10. Это даст концентрацию в граммах на литр.
2. Разделите полученное число на молярную массу вещества в граммах на моль.
3. Результат — молярность в моль/л.

Почему работает эта формула

Раствор с концентрацией 5 % w/v содержит 5 граммов растворённого вещества в 100 мл раствора.

1. Граммы на литр: 5 г × 10 = 50 г/л.
2. Моли на литр: 50 г/л ÷ молярная масса (г/моль) = моль/л.

Пример расчёта

Раствор представляет собой 5 % (w/v) хлорид натрия (NaCl). Молярная масса NaCl составляет 58,44 г/моль.

$\text{Молярность} = \frac{5 \times 10}{58.44} = 0.856 \text{ моль/л}$

Молярность раствора NaCl концентрацией 5 % составляет примерно 0,856 M.

Дополнительные примеры

• Физиологический раствор (0,9 % NaCl): (0,9 × 10) ÷ 58,44 = 0,154 M
• 5 % раствор глюкозы (C₆H₁₂O₆, 180,16 г/моль): (5 × 10) ÷ 180,16 = 0,278 M
• 10 % раствор гидроксида натрия (NaOH, 40,00 г/моль): (10 × 10) ÷ 40,00 = 2,50 M

Как пользоваться конвертером

1. Введите процентную концентрацию (w/v) — число от 0 до 100.
2. Введите молярную массу вещества в г/моль. Она должна быть больше 0.
3. Молярность автоматически отображается в моль/л.
4. Нажмите кнопку копирования, чтобы скопировать результат.

Результаты ниже 10 mol/л отображаются с тремя значащими цифрами. Результаты от 10 mol/л и выше отображаются с одним знаком после запятой.

Распространённые молярные массы

Другие способы выражения концентрации

Моляльность (m) — это количество молей растворённого вещества на килограмм растворителя, а не раствора. Она не изменяется с температурой, поэтому используется в расчётах температуры замерзания и кипения.

$\text{Моляльность (m)} = \frac{\text{количество молей растворённого вещества}}{\text{масса растворителя в кг}}$

Массовая доля (w/w) — это количество граммов растворённого вещества на 100 граммов раствора. Она часто указывается на бутылках с концентрированными кислотами и основаниями. Для перевода в молярность также нужна плотность раствора:

$\text{Молярность} = \frac{\text{Массовая доля} \times \text{плотность (г/мл)} \times 10}{\text{Молярная масса}}$

Объёмная доля (v/v) используется для смесей жидкостей, например этанола с водой. Раствор этанола с концентрацией 70 % v/v содержит 70 мл этанола на 100 мл всего раствора.

Нормальность (N) — это число грамм-эквивалентов в литре раствора. Она встречается в более старой литературе по титрованию, но в современной химии в основном заменена молярностью.

Ограничения точности

Само преобразование для процентной концентрации w/v является точным. Процент w/v уже задаёт количество граммов растворённого вещества в фиксированном объёме раствора, поэтому плотность раствора не используется в расчёте. Ошибки возникают из-за введённых чисел.

• Ошибочное использование процента w/w: Концентрированные кислоты и основания маркируются по массе (w/w), а не по объёму. Концентрированная соляная кислота имеет примерно 37 % w/w при плотности около 1,19 г/мл, что соответствует примерно 44 % w/v, или приблизительно 12,1 mol/л. Ввод значения 37 вместо 44 занижает молярность примерно на одну шестую. Сначала выполните преобразование по приведённой выше формуле с плотностью.
• Растворы с очень высокой плотностью: Значение w/v может превышать 100, если раствор намного плотнее воды. Концентрированная серная кислота с содержанием около 96 % w/w и плотностью 1,84 г/мл имеет примерно 177 % w/v, или около 18 mol/л. Этот конвертер принимает значения от 0 до 100, поэтому значения выше 100 нужно рассчитывать вручную.
• Температура: Объём раствора изменяется с температурой, поэтому молярность при её изменении немного меняется. Моляльность не изменяется, поскольку основана на массе, а не на объёме.
• Гидратированные соединения: Некоторые соединения включают воду в свою кристаллическую структуру, что изменяет их молярную массу. Безводный сульфат меди (CuSO₄) имеет молярную массу 159,61 г/моль. Пентагидрат сульфата меди (CuSO₄·5H₂O) имеет молярную массу 249,68 г/моль, что более чем на 50 % выше. Использование неправильного значения приводит к значительной ошибке в молярности.
• Чистота реагента: Коммерческие химические вещества редко бывают чистыми на 100 %. Реагент с заявленной чистотой 98 % содержит 2 % других веществ по массе, что немного снижает фактическую молярность приготовленного из него раствора.

Часто задаваемые вопросы

В чём разница между молярностью и моляльностью?

Молярность — это количество молей растворённого вещества на литр раствора. Моляльность — количество молей растворённого вещества на килограмм растворителя. Молярность немного изменяется с температурой, поскольку объём жидкости зависит от температуры. Моляльность остаётся постоянной, поскольку масса не меняется с температурой.

Почему молярность используется чаще, чем процентная концентрация?

Химические реакции происходят между молекулами, а молярность непосредственно показывает, сколько молей вещества содержится в заданном объёме. Процентная концентрация показывает массу, которую перед использованием в расчётах реакций необходимо перевести в моли.

Как перевести молярность обратно в процентную концентрацию?

Используйте обратную формулу:

$\text{Процентная концентрация (w/v)} = \frac{\text{Молярность} \times \text{Молярная масса}}{10}$

Раствор хлорида натрия с концентрацией 0,5 M соответствует значению (0,5 × 58,44) ÷ 10 = 2,92 % w/v.

Работает ли эта формула для процентов по массе (w/w)?

Нет. Формула на этой странице предназначена только для процентов w/v. Для перевода процента w/w в молярность нужна плотность раствора; используется формула, приведённая выше в разделе «Другие способы выражения концентрации».

Влияет ли плотность раствора на результат?

Нет. Процент w/v уже означает количество граммов растворённого вещества на 100 мл раствора, поэтому объём фиксирован определением, и плотность не учитывается. Плотность нужна только для перевода процента w/w, означающего количество граммов на 100 граммов раствора, в процент w/v или молярность.

Как приготовить раствор с определённой молярностью?

Рассчитайте необходимую массу по формуле: масса (г) = молярность (моль/л) × объём (л) × молярная масса (г/моль). Отвесьте эту массу, растворите её в количестве растворителя, меньшем конечного объёма, перенесите раствор в мерную колбу, затем доведите растворителем до метки. Добавлять растворитель до полного объёма до растворения вещества — распространённая ошибка, поскольку это может привести к слишком большому конечному объёму.

Источники

1. IUPAC Gold Book – Amount Concentration
2. NIST Chemistry WebBook
3. Harris, D. C. (2015). Количественный химический анализ (9-е издание). W. H. Freeman and Company.
4. Фармакопея США (USP)