เครื่องคำนวณโมลาริตี - คำนวณความเข้มข้นสารละลาย (โมล/ลิตร)

โมลาริตีคืออะไร?

โมลาริตีเป็นวิธีวัดปริมาณสารที่ละลายในของเหลว โดยนิยามเป็นจำนวนโมลของตัวถูกละลายต่อสารละลายหนึ่งลิตร เขียนเป็น mol/L หรือใช้สัญลักษณ์ M สารละลายที่ระบุว่า "1 M" มีสารที่ละลายอยู่หนึ่งโมลในสารละลายทุกหนึ่งลิตร

สูตรโมลาริตี

โมลาริตีคำนวณด้วยการหารอย่างง่ายดังนี้:

$\text{โมลาริตี (M)} = \frac{\text{โมลของตัวถูกละลาย (mol)}}{\text{ปริมาตรสารละลาย (L)}}$

• โมลของตัวถูกละลาย คือปริมาณของสารที่ละลายอยู่ ซึ่งวัดเป็นโมล
• ปริมาตรสารละลาย คือปริมาตรรวมของของเหลวหลังจากตัวถูกละลายละลายหมดแล้ว ซึ่งวัดเป็นลิตร
• โมลาริตี คือผลลัพธ์ในหน่วยโมลต่อลิตร (mol/L) และเรียกอีกอย่างว่า M

ตัวอย่างการคำนวณ

การละลายโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) 2 โมลในน้ำปริมาณเพียงพอเพื่อให้ได้สารละลาย 0.5 ลิตร ให้ผลดังนี้:

$\text{โมลาริตี} = \frac{2 \text{ mol}}{0.5 \text{ L}} = 4 \text{ M}$

สารละลายนี้มีความเข้มข้น 4 โมลต่อลิตร เขียนเป็น 4 M

วิธีคำนวณโมลาริตีจากกรัม

โดยมักชั่งตัวถูกละลายเป็นกรัมแทนการวัดเป็นโมลโดยตรง จึงต้องมีขั้นตอนเพิ่มเติมเพื่อแปลงกรัมเป็นโมลก่อนใช้สูตรโมลาริตี

1. หามวลโมลาร์ของสารประกอบในหน่วยกรัมต่อโมล
2. นำมวลในหน่วยกรัมหารด้วยมวลโมลาร์เพื่อหาจำนวนโมล
3. นำจำนวนโมลหารด้วยปริมาตรสารละลายในหน่วยลิตร

ตัวอย่าง: ละลาย NaCl 10 ก. เพื่อเตรียมสารละลาย 500 มล. (0.5 ล.)

• มวลโมลาร์ของ NaCl: 22.99 + 35.45 = 58.44 ก./mol
• จำนวนโมล: 10 ก. ÷ 58.44 ก./mol ≈ 0.171 mol
• โมลาริตี: 0.171 mol ÷ 0.5 ล. ≈ 0.342 M

เครื่องคำนวณนี้ทำงานอย่างไร

เครื่องคำนวณในหน้านี้รับข้อมูลสองรายการ ได้แก่ ปริมาณตัวถูกละลายในหน่วยโมลและปริมาตรสารละลายในหน่วยลิตร จากนั้นนำจำนวนโมลหารด้วยปริมาตรและแสดงผลลัพธ์ที่ปัดเศษเป็นทศนิยมสี่ตำแหน่ง

ข้อมูลทั้งสองรายการต้องมีค่ามากกว่าศูนย์ หากช่องใดมีค่าเป็นศูนย์หรือต่ำกว่า จะแสดงข้อความแสดงข้อผิดพลาดแทนผลลัพธ์ ปริมาณตัวถูกละลายที่เป็นลบไม่มีความหมายทางกายภาพ และปริมาตรที่เป็นศูนย์จะทำให้ไม่สามารถหารได้

ข้อมูลอาจมาจากลิงก์ที่แชร์ด้วย เช่น ?moles=2.5&volume=0.5 หากค่าใดในลิงก์ไม่ใช่จำนวนจำกัด ค่านั้นจะถูกถือเป็นช่องว่าง ทำให้เครื่องคำนวณขอข้อมูลแทนที่จะแสดงผลลัพธ์ที่ไม่มีความหมาย

การเตรียมสารละลายที่มีโมลาริตีทราบค่า

นักเคมีมักคำนวณย้อนกลับจากโมลาริตีเป้าหมายเพื่อหาปริมาณตัวถูกละลายที่ต้องชั่ง

ตัวอย่าง: เตรียมสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) 250 มล. (0.25 ล.) ที่มีความเข้มข้น 0.1 M

1. จำนวนโมลที่ต้องใช้ = โมลาริตี × ปริมาตร = 0.1 M × 0.25 ล. = 0.025 mol
2. มวลที่ต้องใช้ = จำนวนโมล × มวลโมลาร์ = 0.025 mol × 40 ก./mol = 1 ก.
3. ละลาย NaOH 1 ก. ในน้ำ แล้วเติมน้ำจนสารละลายมีปริมาตรพอดี 250 มล.

การเจือจางสารละลายตั้งต้น

สารละลายตั้งต้นที่มีความเข้มข้นสูงสามารถเจือจางให้มีโมลาริตีต่ำลงได้โดยใช้สมการ M₁V₁ = M₂V₂ โดย M₁ และ V₁ คือความเข้มข้นและปริมาตรของสารละลายตั้งต้น ส่วน M₂ และ V₂ คือความเข้มข้นและปริมาตรที่ต้องการหลังการเจือจาง

ตัวอย่าง: เตรียมสารละลาย 500 มล. ที่มีความเข้มข้น 0.2 M จากสารละลายตั้งต้น 2 M

$V_1 = \frac{M_2 \times V_2}{M_1} = \frac{0.2 \text{ M} \times 0.5 \text{ L}}{2 \text{ M}} = 0.05 \text{ L} = 50 \text{ mL}$

การเติมสารละลายตั้งต้น 2 M ปริมาตร 50 มล. ลงในน้ำปริมาณเพียงพอให้มีปริมาตรรวม 500 มล. จะได้ความเข้มข้นตามเป้าหมาย

โมลาริตีในการไทเทรต

ในการไทเทรต จะเติมสารละลายที่ทราบความเข้มข้นลงในสารละลายอีกชนิดหนึ่งจนปฏิกิริยาเสร็จสิ้น โมลาริตีเชื่อมโยงปริมาตรที่วัดได้กับปริมาณสารที่ทำปฏิกิริยากัน

ตัวอย่าง: NaOH 20 มล. ที่มีความเข้มข้น 0.1 M ทำให้สารละลาย HCl 25 มล. ที่ไม่ทราบความเข้มข้นเป็นกลาง

1. จำนวนโมลของ NaOH ที่ใช้: 0.1 M × 0.020 ล. = 0.002 mol
2. HCl และ NaOH ทำปฏิกิริยากันในอัตราส่วน 1:1 (HCl + NaOH → NaCl + H₂O) ดังนั้นจำนวนโมลของ HCl = 0.002 mol
3. โมลาริตีของ HCl = 0.002 mol ÷ 0.025 ล. = 0.08 M

หน่วยความเข้มข้นอื่น

โมลาริตีเป็นหนึ่งในหลายวิธีที่ใช้แสดงความเข้มข้น โดยแต่ละวิธีเหมาะกับสถานการณ์ต่างกัน

ความเป็นมา

แนวคิดเรื่องหน่วยนับคงที่สำหรับอะตอมและโมเลกุลสืบย้อนไปถึงสมมติฐานของอเมเดโอ อาโวกาโดรใน 1811 ซึ่งเชื่อมโยงปริมาตรก๊าซกับจำนวนอนุภาค นักเคมีพัฒนาต่อยอดแนวคิดนี้ตลอดศตวรรษถัดมาเพื่อกำหนดโมล และโมลาริตีกลายเป็นวิธีมาตรฐานในการอธิบายความเข้มข้นของสารละลาย หลังจากโมลได้รับการรับรองเป็นหน่วยฐานของ SI ใน 1971 ใน 2019 สหภาพเคมีบริสุทธิ์และเคมีประยุกต์ระหว่างประเทศ (IUPAC) ได้กำหนดนิยามโมลใหม่โดยใช้ค่าคงที่อาโวกาโดรที่กำหนดตายตัว คือ 6.02214076 × 10²³ แทนมาตรฐานที่อาศัยมวล

คำถามที่พบบ่อย

โมลาริตีแตกต่างจากโมแลลิตีอย่างไร?

โมลาริตีคำนวณจากจำนวนโมลของตัวถูกละลายหารด้วยลิตรของสารละลาย ส่วนโมแลลิตีคำนวณจากจำนวนโมลของตัวถูกละลายหารด้วยกิโลกรัมของตัวทำละลาย เนื่องจากของเหลวขยายตัวเล็กน้อยเมื่อได้รับความร้อน โมลาริตีจึงเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยตามอุณหภูมิ ขณะที่โมแลลิตีไม่เปลี่ยน

โมลาริตีสูงกว่า 1 M ได้หรือไม่?

ได้ กรดไฮโดรคลอริกเข้มข้นมีโมลาริตีประมาณ 12 M และกรดซัลฟิวริกเข้มข้นมีโมลาริตีประมาณ 18 M โมลาริตีสูงสุดที่เป็นไปได้ขึ้นอยู่กับปริมาณตัวถูกละลายที่สามารถละลายในตัวทำละลาย ณ อุณหภูมินั้น

น้ำบริสุทธิ์มีโมลาริตีเท่าใด?

ประมาณ 55.3 M ความหนาแน่นของน้ำที่ 25 °C อยู่ที่ประมาณ 997 ก./L และมวลโมลาร์เท่ากับ 18.02 ก./mol ดังนั้น 997 ÷ 18.02 ≈ 55.3 mol/L ค่านี้ใช้ในการคำนวณสมดุล เพราะการนำน้ำปริมาณเล็กน้อยออกจากปริมาตรมากแทบไม่ทำให้ความเข้มข้นเปลี่ยน

อุณหภูมิมีผลต่อโมลาริตีหรือไม่?

มีผลเล็กน้อย ของเหลวส่วนใหญ่ขยายตัวเมื่ออุ่นขึ้น ดังนั้นตัวถูกละลายปริมาณเท่าเดิมจึงกินพื้นที่ในปริมาตรมากขึ้น ทำให้โมลาริตีลดลง โมแลลิตีไม่ได้รับผลจากอุณหภูมิ เพราะอาศัยมวลเป็นพื้นฐาน ไม่ใช่ปริมาตร

โมลาริตีใช้ในการไทเทรตอย่างไร?

ในการไทเทรต จะวัดปริมาตรของสารละลายที่ทราบโมลาริตีซึ่งต้องใช้เพื่อทำปฏิกิริยากับสารละลายอีกชนิดหนึ่งอย่างสมบูรณ์ จากนั้นใช้อัตราส่วนโมลของปฏิกิริยาจากสมการเคมีที่ดุลแล้วคำนวณโมลาริตีของสารละลายที่ไม่ทราบค่า

เครื่องคำนวณนี้แสดงทศนิยมกี่ตำแหน่ง?

ผลลัพธ์แสดงเป็นทศนิยมสี่ตำแหน่ง จำนวนหลักที่มีความหมายจริงขึ้นอยู่กับความแม่นยำของจำนวนโมลและปริมาตรที่ป้อน จึงไม่ควรรายงานผลลัพธ์ด้วยเลขนัยสำคัญมากกว่าที่ข้อมูลนำเข้าซึ่งมีความแม่นยำน้อยที่สุดรองรับ