เครื่องมือแปลงความเข้มข้นเป็นโมลาริตี | % w/v เป็น mol/L

เครื่องมือแปลงความเข้มข้นเป็นโมลาริตีคืออะไร?

เครื่องมือแปลงความเข้มข้นเป็นโมลาริตีจะแปลงความเข้มข้นร้อยละ (มวลต่อปริมาตร หรือ w/v) เป็นโมลาริตี ซึ่งคือจำนวนโมลของสารที่ละลายอยู่ในสารละลายหนึ่งลิตร เครื่องมือนี้ต้องใช้ตัวเลขสองค่า ได้แก่ ความเข้มข้นร้อยละและมวลโมเลกุลของสารที่ละลาย โดยระบุเป็นกรัมต่อโมล

โมลาริตีคืออะไร?

โมลาริตีเป็นวิธีวัดปริมาณสารที่ละลายอยู่ในของเหลว โดยนิยามว่าเป็นจำนวนโมลของตัวถูกละลายต่อสารละลายหนึ่งลิตร

$\text{โมลาริตี (M)} = \frac{\text{จำนวนโมลของตัวถูกละลาย}}{\text{ปริมาตรของสารละลายเป็นลิตร}}$

หน่วยคือ mol/L ซึ่งมักเขียนเป็น M สารละลายโซเดียมคลอไรด์ "0.5 M" มีโซเดียมคลอไรด์ 0.5 โมลในสารละลายทุกหนึ่งลิตร

ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นระหว่างอนุภาค ไม่ใช่ระหว่างกรัม โมลาริตีบอกนักเคมีได้ว่ามีอนุภาคอยู่กี่อนุภาคในปริมาตรที่กำหนด จึงเป็นหน่วยมาตรฐานสำหรับการคำนวณทางเคมี สหภาพเคมีบริสุทธิ์และเคมีประยุกต์ระหว่างประเทศ (IUPAC) ระบุให้โมลาริตีเป็นวิธีมาตรฐานในการแสดงความเข้มข้น

สูตรแปลงร้อยละเป็นโมลาริตี

$\text{โมลาริตี (M)} = \frac{\text{ความเข้มข้นร้อยละ (w/v)} \times 10}{\text{มวลโมเลกุล (g/mol)}}$

ความเข้มข้นร้อยละแบบ w/v หมายถึงกรัมของตัวถูกละลายต่อสารละลาย 100 มล. การคูณด้วย 10 จะแปลงค่าเป็นกรัมต่อลิตร เนื่องจากหนึ่งลิตรเท่ากับ 1,000 มล. การหารด้วยมวลโมเลกุลจะแปลงกรัมเป็นโมล

สูตรนี้ใช้ได้เฉพาะความเข้มข้นร้อยละแบบ w/v เท่านั้น ความเข้มข้นร้อยละแบบ w/w (มวลต่อมวล) ซึ่งพบได้ทั่วไปบนขวดกรดเข้มข้น ต้องใช้ความหนาแน่นของสารละลายด้วย (ดูด้านล่าง)

วิธีคำนวณโมลาริตีจากความเข้มข้นร้อยละ

1. คูณความเข้มข้นร้อยละด้วย 10 จะได้ความเข้มข้นเป็นกรัมต่อลิตร
2. หารค่าดังกล่าวด้วยมวลโมเลกุลของสาร ซึ่งมีหน่วยเป็นกรัมต่อโมล
3. ผลลัพธ์คือโมลาริตี มีหน่วยเป็น mol/L

เหตุใดสูตรนี้จึงใช้ได้

สารละลายแบบ w/v 5% มีตัวถูกละลาย 5 กรัมในสารละลาย 100 มล.

1. กรัมต่อลิตร: 5 ก. × 10 = 50 ก./L
2. โมลต่อลิตร: 50 ก./L ÷ มวลโมเลกุล (g/mol) = mol/L

ตัวอย่างพร้อมวิธีทำ

สารละลายนี้คือโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) 5% (w/v) มวลโมเลกุลของ NaCl คือ 58.44 ก./mol

$\text{โมลาริตี} = \frac{5 \times 10}{58.44} = 0.856 \text{ mol/L}$

สารละลาย NaCl 5% มีค่าประมาณ 0.856 M

ตัวอย่างเพิ่มเติม

• น้ำเกลือปกติ (0.9% NaCl): (0.9 × 10) ÷ 58.44 = 0.154 M
• สารละลายกลูโคส 5% (C₆H₁₂O₆, 180.16 ก./mol): (5 × 10) ÷ 180.16 = 0.278 M
• สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ 10% (NaOH, 40.00 ก./mol): (10 × 10) ÷ 40.00 = 2.50 M

วิธีใช้เครื่องมือแปลงหน่วย

1. ป้อนความเข้มข้นร้อยละ (w/v) ซึ่งเป็นตัวเลขระหว่าง 0 ถึง 100
2. ป้อนมวลโมเลกุลของสารเป็น g/mol ค่านี้ต้องมากกว่า 0
3. โมลาริตีจะแสดงโดยอัตโนมัติในหน่วย mol/L
4. ใช้ปุ่มคัดลอกเพื่อคัดลอกผลลัพธ์

ผลลัพธ์ที่ต่ำกว่า 10 mol/L จะแสดงเป็นเลขนัยสำคัญสามหลัก ส่วนผลลัพธ์ตั้งแต่ 10 mol/L ขึ้นไปจะแสดงเป็นทศนิยมหนึ่งตำแหน่ง

มวลโมเลกุลทั่วไป

วิธีอื่นในการแสดงความเข้มข้น

โมแลลิตี (m) คือจำนวนโมลของตัวถูกละลายต่อกิโลกรัมของ ตัวทำละลาย ไม่ใช่สารละลาย ค่านี้ไม่เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ นักวิทยาศาสตร์จึงใช้ในการคำนวณจุดเยือกแข็งและจุดเดือด

$\text{โมแลลิตี (m)} = \frac{\text{จำนวนโมลของตัวถูกละลาย}}{\text{มวลของตัวทำละลายเป็นกิโลกรัม}}$

ความเข้มข้นร้อยละโดยมวล (w/w) คือกรัมของตัวถูกละลายต่อสารละลาย 100 กรัม ค่านี้พบได้ทั่วไปบนขวดกรดและเบสเข้มข้น การแปลงเป็นโมลาริตีต้องใช้ความหนาแน่นของสารละลายด้วย

$\text{โมลาริตี} = \frac{\text{ความเข้มข้นร้อยละโดยมวล} \times \text{ความหนาแน่น (g/mL)} \times 10}{\text{มวลโมเลกุล}}$

ความเข้มข้นร้อยละโดยปริมาตร (v/v) ใช้กับสารผสมของเหลวในของเหลว เช่น เอทานอลในน้ำ สารละลายเอทานอลแบบ v/v 70% มีเอทานอล 70 มล. ต่อสารละลายทั้งหมด 100 มล.

นอร์มาลิตี (N) คือจำนวนกรัมสมมูลต่อลิตร แนวคิดนี้พบในเอกสารเก่าเกี่ยวกับการไทเทรต แต่ในเคมีสมัยใหม่ถูกแทนที่ด้วยโมลาริตีเป็นส่วนใหญ่

ข้อจำกัดด้านความแม่นยำ

การแปลงเองนั้นให้ผลแน่นอนสำหรับความเข้มข้นร้อยละแบบ w/v เนื่องจากความเข้มข้นร้อยละแบบ w/v ระบุกรัมของตัวถูกละลายในปริมาตรสารละลายคงที่อยู่แล้ว ความหนาแน่นของสารละลายจึงไม่เข้าสู่การคำนวณ ความคลาดเคลื่อนเกิดจากตัวเลขที่ป้อนเข้าไป

• ใช้ความเข้มข้นร้อยละแบบ w/w ผิดโดยไม่ตั้งใจ: กรดและเบสเข้มข้นระบุด้วยมวล (w/w) ไม่ใช่ปริมาตร กรดไฮโดรคลอริกเข้มข้นมีค่าประมาณ 37% w/w และมีความหนาแน่นใกล้เคียง 1.19 ก./mL ซึ่งเทียบเท่าประมาณ 44% w/v หรือราว 12.1 mol/L การป้อนค่า 37 แทน 44 จะทำให้โมลาริตีต่ำกว่าจริงประมาณหนึ่งในหก ให้แปลงด้วยสูตรความหนาแน่นด้านบนก่อน
• สารละลายที่มีความหนาแน่นสูงมาก: ความเข้มข้นร้อยละแบบ w/v อาจเกิน 100 ได้เมื่อสารละลายมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำมาก กรดซัลฟิวริกเข้มข้นซึ่งมีค่าประมาณ 96% w/w ที่ความหนาแน่น 1.84 ก./mL มีค่าประมาณ 177% w/v หรือประมาณ 18 mol/L เครื่องมือนี้รับค่าความเข้มข้นตั้งแต่ 0 ถึง 100 เท่านั้น ดังนั้นค่าที่มากกว่า 100 ต้องคำนวณด้วยตนเอง
• อุณหภูมิ: ปริมาตรของสารละลายเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ ดังนั้นโมลาริตีจึงเปลี่ยนเล็กน้อยเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยน ส่วนโมแลลิตีไม่เปลี่ยน เพราะอาศัยมวล ไม่ใช่ปริมาตร
• สารประกอบไฮเดรต: สารประกอบบางชนิดดูดน้ำเข้าไปในโครงสร้างผลึก ทำให้มวลโมเลกุลเปลี่ยน คอปเปอร์ซัลเฟตปราศจากน้ำ (CuSO₄) มีมวลโมเลกุล 159.61 ก./mol ส่วนคอปเปอร์ซัลเฟตเพนตะไฮเดรต (CuSO₄·5H₂O) มีมวลโมเลกุล 249.68 ก./mol ซึ่งสูงกว่ามากกว่า 50% การใช้ค่าผิดจะทำให้โมลาริตีคลาดเคลื่อนมาก
• ความบริสุทธิ์ของรีเอเจนต์: สารเคมีเชิงพาณิชย์แทบไม่บริสุทธิ์ 100% รีเอเจนต์ที่ระบุว่าบริสุทธิ์ 98% มีวัสดุอื่นปนอยู่ตามมวล 2% ซึ่งทำให้โมลาริตีจริงของสารละลายที่เตรียมจากรีเอเจนต์นั้นลดลงเล็กน้อย

คำถามที่พบบ่อย

โมลาริตีแตกต่างจากโมแลลิตีอย่างไร?

โมลาริตีคือจำนวนโมลของตัวถูกละลายต่อสารละลายหนึ่งลิตร โมแลลิตีคือจำนวนโมลของตัวถูกละลายต่อกิโลกรัมของตัวทำละลาย โมลาริตีเปลี่ยนเล็กน้อยตามอุณหภูมิ เนื่องจากปริมาตรของของเหลวเปลี่ยนตามอุณหภูมิ โมแลลิตีคงที่ เพราะมวลไม่เปลี่ยนตามอุณหภูมิ

เหตุใดจึงใช้โมลาริตีบ่อยกว่าความเข้มข้นร้อยละ?

ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นระหว่างโมเลกุล และโมลาริตีระบุโดยตรงว่ามีสารนั้นกี่โมลในปริมาตรที่กำหนด ส่วนความเข้มข้นร้อยละระบุมวล ซึ่งต้องแปลงเป็นโมลก่อนจึงจะใช้ในการคำนวณปฏิกิริยาได้

จะแปลงโมลาริตีกลับเป็นความเข้มข้นร้อยละได้อย่างไร?

ใช้สูตรย้อนกลับ

$\text{ความเข้มข้นร้อยละ (w/v)} = \frac{\text{โมลาริตี} \times \text{มวลโมเลกุล}}{10}$

สารละลายโซเดียมคลอไรด์ 0.5 M เท่ากับ (0.5 × 58.44) ÷ 10 = 2.92% w/v

สูตรนี้ใช้กับความเข้มข้นร้อยละโดยมวล (w/w) ได้หรือไม่?

ไม่ได้ สูตรในหน้านี้ใช้ได้เฉพาะความเข้มข้นร้อยละแบบ w/v การแปลงความเข้มข้นร้อยละแบบ w/w เป็นโมลาริตีต้องใช้ความหนาแน่นของสารละลาย โดยใช้สูตรที่ให้ไว้ในส่วน "วิธีอื่นในการแสดงความเข้มข้น" ด้านบน

ความหนาแน่นของสารละลายมีผลต่อผลลัพธ์หรือไม่?

ไม่มีผล ความเข้มข้นร้อยละแบบ w/v ระบุกรัมของตัวถูกละลายต่อสารละลาย 100 มล. อยู่แล้ว ดังนั้นปริมาตรจึงถูกกำหนดตายตัวตามนิยาม และความหนาแน่นจึงไม่เกี่ยวข้อง ต้องใช้ความหนาแน่นเฉพาะเมื่อต้องแปลงความเข้มข้นร้อยละแบบ w/w ซึ่งระบุกรัมต่อสารละลาย 100 กรัม ให้เป็นความเข้มข้นร้อยละแบบ w/v หรือโมลาริตี

จะเตรียมสารละลายที่มีโมลาริตีจำเพาะได้อย่างไร?

คำนวณมวลที่ต้องใช้ด้วย มวล (g) = โมลาริตี (mol/L) × ปริมาตร (L) × มวลโมเลกุล (g/mol) ชั่งมวลดังกล่าว ละลายในตัวทำละลายที่มีปริมาตรน้อยกว่าปริมาตรสุดท้าย จากนั้นถ่ายลงขวดวัดปริมาตร แล้วเติมตัวทำละลายจนถึงขีด การเติมตัวทำละลายให้ครบปริมาตรก่อนที่ตัวถูกละลายจะละลายหมดเป็นข้อผิดพลาดที่พบได้ทั่วไป เพราะอาจทำให้ปริมาตรสุดท้ายมากเกินไป

เอกสารอ้างอิง

1. สมุดทองคำ IUPAC – ความเข้มข้นของปริมาณสาร
2. NIST Chemistry WebBook
3. Harris, D. C. (2015). Quantitative Chemical Analysis (การวิเคราะห์ทางเคมีเชิงปริมาณ) (ฉบับที่ 9). W. H. Freeman and Company.
4. เภสัชตำรับสหรัฐอเมริกา (USP)