Kalkulačka molality

Kalkulačka molality určuje koncentráciu roztoku v moloch rozpustenej látky na kilogram rozpúšťadla, čo chemici nazývajú molalita. Vyžaduje tri vstupy: hmotnosť rozpustenej látky, hmotnosť rozpúšťadla a molárnu hmotnosť rozpustenej látky. Výsledok sa zobrazí v mol/kg na štyri desatinné miesta.

Čo je molalita?

Molalita (symbol m) udáva, koľko molov rozpustenej látky sa nachádza v jednom kilograme látky, v ktorej je rozpustená, teda rozpúšťadla. Odpovedá na jednoduchú otázku: koľko molov rozpustenej látky pripadá na každý kilogram rozpúšťadla?

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

Tu $n_{solute}$ označuje počet molov rozpustenej látky a $m_{solvent}$ hmotnosť rozpúšťadla v kilogramoch.

Molalita zohľadňuje iba hmotnosť rozpúšťadla, nie celkovú hmotnosť hotového roztoku. Ak sa 5,85 g kuchynskej soli (NaCl, molárna hmotnosť 58,5 g/mol) rozpustí v 100 g (0,1 kg) vody, roztok obsahuje 0,1 mol soli v 0,1 kg vody. Molalita je teda 1,0 mol/kg, hoci spoločná hmotnosť roztoku je 105,85 g.

Molalita sa s teplotou nemení, pretože vychádza z hmotnosti, nie z objemu. Kvapaliny sa pri zahrievaní mierne rozpínajú a pri ochladzovaní zmršťujú, takže molarita (moly na liter roztoku) sa s teplotou mení. Molalita zostáva stála, a preto je štandardnou jednotkou pri skúmaní poklesu teploty tuhnutia a zvýšenia teploty varu.

Vzorec molality

Chemici zriedka počítajú moly priamo; látky namiesto toho vážia. Počet molov rozpustenej látky sa rovná jej hmotnosti vydelenej molárnou hmotnosťou, takže používaný vzorec je:

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

• $m_{solute}$ — hmotnosť naváženej rozpustenej látky v gramoch
• $M_{solute}$ — molárna hmotnosť rozpustenej látky v g/mol, určená z periodickej tabuľky
• $m_{solvent}$ — hmotnosť rozpúšťadla v kilogramoch

Ako vypočítať molalitu

1. Odvážte rozpustenú látku. Jej hmotnosť zaznamenajte v gramoch, kilogramoch alebo miligramoch. Kalkulačka prijíma všetky tri jednotky a prevádza ich.
2. Zistite molárnu hmotnosť rozpustenej látky v g/mol z periodickej tabuľky. Pri hydráte, ako je CuSO₄·5H₂O, započítajte do celkovej hmotnosti aj hmotnosť molekúl vody.
3. Odvážte samotné rozpúšťadlo pred zmiešaním, nie výsledný roztok po zmiešaní.
4. Preveďte obe hmotnosti na zodpovedajúce jednotky: gramy pre rozpustenú látku a kilogramy pre rozpúšťadlo. Kalkulačka tento krok vykoná sama podľa jednotky zvolenej vedľa každého poľa hmotnosti.
5. Vydeľte hmotnosť rozpustenej látky jej molárnou hmotnosťou, aby ste získali počet molov rozpustenej látky.
6. Vydeľte počet molov rozpustenej látky hmotnosťou rozpúšťadla v kilogramoch, aby ste získali molalitu v mol/kg.

Bežné chyby

• Použitie hmotnosti roztoku namiesto hmotnosti rozpúšťadla. Odváženie 100 g vody a následné pridanie 10 g soli dá 110 g roztoku. Pri výpočte molality sa však stále používa iba 100 g vody.
• Zanedbanie kryštalizačnej vody. CuSO₄·5H₂O má molárnu hmotnosť 249,7 g/mol, nie 159,6 g/mol samotného bezvodého CuSO₄.
• Zámena gramov a kilogramov. Zadanie hmotnosti rozpúšťadla ako 500 namiesto 0,5 kg skreslí výsledok faktorom 1000.
• Príliš skoré zaokrúhľovanie. Pri výpočte molov rozpustenej látky zachovajte ďalšie desatinné miesta a až potom zaokrúhlite konečný výsledok.

Príklad: Výpočet molality

Úloha. Určte molalitu roztoku pripraveného z 10 g chloridu sodného (NaCl, molárna hmotnosť 58,44 g/mol) rozpusteného v 500 g vody.

1. Preveďte hmotnosť rozpúšťadla na kilogramy: 500 g = 0,5 kg.
2. Určte počet molov rozpustenej látky: 10 g ÷ 58,44 g/mol = 0,1711 mol.
3. Určte molalitu: 0,1711 mol ÷ 0,5 kg = 0,3422 mol/kg.

Príklad: Práca s miligramami

Úloha. Určte molalitu roztoku pripraveného z 25 mg glukózy (C₆H₁₂O₆, molárna hmotnosť 180,16 g/mol) rozpustenej v 15 g vody.

1. Preveďte hmotnosť rozpustenej látky na gramy: 25 mg = 0,025 g.
2. Preveďte hmotnosť rozpúšťadla na kilogramy: 15 g = 0,015 kg.
3. Určte počet molov rozpustenej látky: 0,025 g ÷ 180,16 g/mol ≈ 0,0001388 mol.
4. Určte molalitu: 0,0001388 mol ÷ 0,015 kg ≈ 0,0093 mol/kg.

Molalita verzus molarita

Molalita a molarita znejú podobne, ale merajú odlišné veličiny. Molalita delí počet molov rozpustenej látky kilogramami rozpúšťadla. Molarita delí počet molov rozpustenej látky litrami celého roztoku. Keďže objem kvapaliny sa mení s teplotou a molarita závisí od objemu, molarita roztoku sa pri zahrievaní alebo ochladzovaní mierne mení, zatiaľ čo molalita zostáva rovnaká. Pri zriedených vodných roztokoch pri izbovej teplote sú tieto dve hodnoty často blízke, nie sú však totožné a nemali by sa zamieňať bez overenia.

Približný spôsob ich vzájomného prepočtu, keď je známa hustota roztoku, je:

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

kde $\rho$ označuje hustotu roztoku v g/ml.

Prečo chemici používajú molalitu

Molalita sa používa všade tam, kde sa počas experimentu mení teplota. Pri znížení teploty tuhnutia, teda pri poklese teploty tuhnutia roztoku pod teplotu tuhnutia čistého rozpúšťadla, sa molalita objavuje priamo v základnej rovnici:

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

$\Delta T_f$ je zníženie teploty tuhnutia, $K_f$ je konštanta špecifická pre rozpúšťadlo, $m$ je molalita a $i$ je počet častíc, ktoré vzniknú rozpustením každej jednotky rozpustenej látky. Keďže molalita sa pri ochladzovaní vzorky smerom k teplote tuhnutia nemení, poskytuje stabilnú hodnotu na dosadenie do tejto rovnice. Rovnaké odôvodnenie platí pre zvýšenie teploty varu a pre farmaceutické prípravky, ktoré si musia zachovať stálu koncentráciu v širokom rozsahu skladovacích teplôt.

Často kladené otázky

Aký je rozdiel medzi molalitou a molaritou? Molalita je počet molov rozpustenej látky na kilogram rozpúšťadla. Molarita je počet molov rozpustenej látky na liter roztoku. Molalita závisí iba od hmotnosti, takže sa s teplotou nemení; molarita závisí od objemu, ktorý sa s teplotou mení.

Prečo niektoré experimenty používajú molalitu namiesto molarity? Každé meranie vykonávané v rôznom rozsahu teplôt, napríklad pri znížení teploty tuhnutia, potrebuje koncentračnú jednotku, ktorá sa pri zahrievaní alebo ochladzovaní vzorky nebude meniť. Keďže molalita vychádza z hmotnosti, zostáva stála, zatiaľ čo hodnota molarity by sa mierne menila spolu s objemom roztoku.

Môže byť molalita záporná alebo nulová? Nie, molalita nemôže byť záporná, pretože opisuje fyzické množstvo rozpustenej látky. Je nulová iba vtedy, keď nie je prítomná žiadna rozpustená látka, teda keď je vzorka čistým rozpúšťadlom, nie roztokom.

Má molalita hornú hranicu? Áno. Molalitu obmedzuje rozpustnosť danej látky v rozpúšťadle. Keď rozpúšťadlo pri danej teplote a tlaku obsahuje maximum látky, ktoré dokáže rozpustiť, molalita už nemôže ďalej rásť.

Má čistá voda molalitu? Nie. Molalita opisuje rozpustenú látku v rozpúšťadle. Čistá voda neobsahuje žiadnu rozpustenú látku, takže sa na ňu molalita nevzťahuje.

Aká presná je kalkulačka molality pri koncentrovaných alebo neideálnych roztokoch? Delenie priamo vychádza z definície a kalkulačka uvádza výsledok na štyri desatinné miesta. Samotná hodnota molality zostáva správna pri akejkoľvek koncentrácii. V koncentrovanom alebo neideálnom roztoku sa mení to, ako sa táto hodnota správa v neskorších rovniciach, napríklad pri znížení teploty tuhnutia, kde vzájomné pôsobenie iónov spôsobuje odchýlku skutočného správania od jednoduchého pomerného vzorca.