Çözelti Konsantrasyon Hesaplayıcısı – Molarite, Molalite ve Daha Fazlası

Çözelti derişimi hesaplayıcı nedir?

Çözelti derişimi hesaplayıcı, bir çözünenin çözeltide ne kadar çözündüğünü seçilen birimle ifade ederek bulur. Çözünen, tuz veya şeker gibi çözülen maddedir. Bu araç, çözünenin kütlesini, molekül ağırlığını, çözeltinin hacmini ve çözeltinin yoğunluğunu kullanarak beş yaygın derişim birimini hesaplar: molarite, molalite, kütlece yüzde, hacimce yüzde ve milyonda birim (ppm). Hacimce yüzde için çözünenin kendi yoğunluğu da gerekir; bu nedenle hesaplayıcı, bu birim seçildiğinde yoğunluğu sorar.

Derişim, bir karışımın gücünü tanımlar. Aynı çözelti çeşitli şekillerde ifade edilebilir ve her birim farklı bir amaca uygundur. Bir tepkimeyi karıştıran kimyager molariteyi kullanır. Donma noktalarını inceleyen fizikokimyacı molaliteyi kullanır. Suyu test eden çevre laboratuvarı ppm kullanır.

Derişim birimleri açıklanıyor

• Molarite (M) — litre çözelti başına çözünen molü. Genel kimyada yaygın olarak kullanılır.
• Molalite (m) — kilogram çözücü başına çözünen molü. Sıcaklıkla değişmez.
• Kütlece yüzde (% w/w) — çözünen kütlesinin çözelti kütlesine bölünüp 100 ile çarpılması.
• Hacimce yüzde (% v/v) — çözünen hacminin çözelti hacmine bölünüp 100 ile çarpılması. Alkollü içecekler gibi sıvı karışımlarda kullanılır.
• Milyonda birim (ppm) — kütle bakımından çözeltinin milyon birimi başına çözünen kütlesi. Çok küçük (iz) miktarlarda kullanılır.

Mol, sabit bir parçacık sayısıdır (yaklaşık 6,022 × 10²³); atomları veya molekülleri tartarak saymak için kullanılır.

Molarite nasıl hesaplanır?

Molarite, çözünenin mol sayısının çözeltinin litre cinsinden hacmine bölünmesiyle bulunur:

$M = \frac{\text{çözünenin molü}}{\text{çözeltinin hacmi (L)}}$

Mol sayısı kütlenin molekül ağırlığına bölünerek bulunduğundan formül şu hâle gelir:

$M = \frac{\text{çözünenin kütlesi (g)}}{\text{molekül ağırlığı (g/mol)} \times \text{çözeltinin hacmi (L)}}$

Örnek. 5,85 g sodyum klorürü (NaCl, molekül ağırlığı 58,44 g/mol) 0,1 L çözelti oluşturacak kadar suda çözün:

$M = \frac{5.85}{58.44 \times 0.1} = 1.00 \text{ mol/L}$

Son hacim, çözünen tamamen çözündükten sonra ölçülmelidir; öncesinde değil. Sabit hacimdeki suya katı madde eklemek toplam hacmi biraz artırır.

Molalite nasıl hesaplanır?

Molalite, çözünenin mol sayısını çözelti hacmi yerine çözücünün kilogram cinsinden kütlesine böler:

$m = \frac{\text{çözünenin kütlesi (g)}}{\text{molekül ağırlığı (g/mol)} \times \text{çözücünün kütlesi (kg)}}$

Örnek. 5,85 g NaCl'yi tam olarak 100 g (0,1 kg) su içinde çözün:

$m = \frac{5.85}{58.44 \times 0.1} = 1.00 \text{ mol/kg}$

Kütle sıcaklıkla değişmediği için bir çözelti ısıtıldığında veya soğutulduğunda molalite sabit kalır. Molarite ise sabit kalmaz, çünkü hacim ısıyla genleşir. Bu nedenle donma noktası alçalmasını ve kaynama noktası yükselmesini incelemek için molalite kullanılır.

Kütlece yüzde nasıl hesaplanır?

Kütlece yüzde, çözünenin kütlesinin çözeltinin toplam kütlesine bölünüp 100 ile çarpılmasıdır:

$\%\text{ w/w} = \frac{\text{çözünenin kütlesi}}{\text{çözeltinin kütlesi}} \times 100$

Örnek. Toplam çözelti kütlesi 100 g olacak şekilde 10 g şekeri 90 g suda çözün:

$\%\text{ w/w} = \frac{10}{100} \times 100 = 10\%$

Ev kullanımına yönelik hidrojen peroksit genellikle "%3" olarak etiketlenir; bu, 100 g çözeltide 3 g hidrojen peroksit bulunduğu anlamına gelir.

Hacimce yüzde nasıl hesaplanır?

Hacimce yüzde, çözünenin hacminin çözeltinin toplam hacmine bölünmesiyle bulunur:

$\%\text{ v/v} = \frac{\text{çözünenin hacmi}}{\text{çözeltinin hacmi}} \times 100$

Örnek. 100 mL çözelti oluşturacak şekilde etanolü suyla, 15 mL etanol kullanarak karıştırın:

$\%\text{ v/v} = \frac{15}{100} \times 100 = 15\%$

Hesaplayıcıya çözünenin hacmi doğrudan verilmez. Hacmi, çözünenin kütlesi ve kendi yoğunluğundan hesaplar; bu nedenle bu kipte yoğunluğu sorar:

$\text{çözünenin hacmi (L)} = \frac{\text{çözünenin kütlesi (g)}}{\text{çözünenin yoğunluğu (g/mL)} \times 1000}$

Yoğunluğu 0,789 g/mL olan etanolden 10 g girildiğinde 12,67 mL etanol elde edilir. 1 L çözeltide bu değer %1,27 v/v'dir. Çözünenin yoğunluğu çözeltinin yoğunluğuyla aynı sayı değildir; burada çözelti yoğunluğunun kullanılması, karışımdan daha yoğun veya daha az yoğun olan herhangi bir çözünen için yanlış sonuç verir.

İçeceklerdeki alkol oranı için kullanılan birim budur. Şarap genellikle 12–14% v/v, damıtılmış alkollü içkiler ise %40 v/v veya daha yüksek orandadır. Sıvıların hacimleri karıştırıldıklarında her zaman tam olarak toplanmaz; bu nedenle kesin çözelti hacmi, bileşenlerin toplamından varsayılmak yerine son hacme kadar ölçülür.

Milyonda birim (ppm) nasıl hesaplanır?

Milyonda birim, çok seyreltik çözeltiler için kullanılır. Çözünenin kütlesini çözeltinin kütlesine böler ve bir milyonla çarpar:

$\text{ppm} = \frac{\text{çözünenin kütlesi}}{\text{çözeltinin kütlesi}} \times 1{,}000{,}000$

Örnek. 1.000 g su örneğinde 0,002 g çözünmüş kurşun bulunuyor:

$\text{ppm} = \frac{0.002}{1000} \times 1{,}000{,}000 = 2 \text{ ppm}$

Seyreltik su bazlı çözeltilerde 1 ppm, çözeltinin litresi başına yaklaşık 1 miligram çözünen maddeye eşittir.

Uygulamalı örnek: fizyolojik serum

Fizyolojik serum, kan plazmasının tuz derişimine uyduğu için tıpta kullanılan %0,9'luk bir tuz çözeltisidir. 9 g NaCl'nin 1 L son hacme kadar çözündürüldüğü ve çözelti yoğunluğunun 1,005 g/mL olduğu bir partiyi kontrol etmek için:

Önce hacim ve yoğunluğundan çözeltinin toplam kütlesini bulun:

$\text{kütle} = 1 \text{ L} \times 1.005 \text{ g/mL} \times 1000 = 1{,}005 \text{ g}$

• Kütlece yüzde: 9 ÷ 1.005 × 100 = %0,90
• Molarite: 9 ÷ (58,44 × 1) = 0,154 mol/L
• Molalite: çözücü kütlesi 1.005 − 9 = 996 g (0,996 kg); 9 ÷ (58,44 × 0,996) = 0,155 mol/kg
• Milyonda birim: 9 ÷ 1.005 × 1.000.000 ≈ 8.955 ppm
• Hacimce yüzde: katı tuzun yoğunluğu 2,165 g/mL olduğundan 9 g, 4,157 mL hacim kaplar; 0,004157 ÷ 1 × 100 = %0,42 v/v

Ppm değeri tam olarak 9.000 değildir; çünkü çözelti kütlesi 1.005 g, 1.000 g değil, 5 g fazladır. Bu fark, çözeltinin yoğunluğunun saf suyun yoğunluğundan biraz daha yüksek olmasından kaynaklanır.

Diğer derişim birimleri

Bazı alanlarda yukarıdaki beş birimin dışında birimler kullanılır. Normalite (N), mol yerine tepkimeye giren birimleri sayar; sülfürik asit (H₂SO₄) çözeltisinin derişimi 1 M ise 2 N'dir, çünkü her molekül iki hidrojen iyonu verebilir. Mol kesri, bir bileşenin mol sayısını karışımdaki tüm maddelerin toplam mol sayısına böler ve damıtma hesaplamalarında kullanılır. Son derece seyreltik çözeltilerde kimyagerler ppm yerine milyarda birim (ppb) veya trilyonda birim (ppt) kullanır.

Yaygın hata kaynakları

Hesaplanan derişim çeşitli nedenlerle gerçek derişimden farklı olabilir. Bir katının çözünmesi çözeltinin toplam hacmini değiştirir; bu nedenle son hacim, karıştırmadan sonra ölçülmeli, başlangıçtaki çözücü hacmine eşit olduğu varsayılmamalıdır. Laboratuvar kimyasalları nadiren %100 saftır; "%98,5 assay" etiketli bir reaktifin kütlesi, bunu telafi edecek şekilde artırılmalıdır. Bazı bileşiklerin kristal yapısında bağlı su bulunur; buna kristal su denir. Bakır sülfat pentahidrat (CuSO₄·5H₂O, 249,68 g/mol), susuz bakır sülfattan (159,61 g/mol) mol başına daha ağırdır ve yanlış molekül ağırlığı kullanmak sonucu değiştirir. Sıcaklık, çözeltinin hacmini değiştirir; bu da molaliteyi değil, molariteyi değiştirir.

Sık sorulan sorular

Molarite ile molalite arasındaki fark nedir? Molarite, çözeltinin litre cinsinden hacmine böler. Molalite, çözücünün kilogram cinsinden kütlesine böler. Hacim sıcaklıkla değişir; kütle değişmez. Oda sıcaklığındaki seyreltik su bazlı çözeltilerde iki değer birbirine yakındır.

Ppm'yi yüzdeye nasıl dönüştürürüm? Ppm değerini 10.000'e bölün. Örneğin, 5.000 ppm, %0,5 değerine eşittir.

1 ppm her zaman 1 mg/L'ye eşit midir? Yalnızca yaklaşık olarak ve çözeltinin yoğunluğunun çoğu su örneğinde olduğu gibi 1 g/mL'ye yakın olduğu seyreltik çözeltiler için. Daha yoğun sıvılarda bu iki değer birbirinden farklılaşır.

Ölçtüğüm derişim neden hesaplamamla uyuşmuyor? Yaygın nedenler arasında saf olmayan reaktif, çözünenin kristal yapısına bağlı su, tamamen karıştırılmadan önce ölçülen çözelti hacmi veya çözeltinin hazırlanmasında kullanılan sıcaklıktan farklı bir sıcaklık bulunur.

Bir çözünenin ulaşabileceği en yüksek derişim nedir? Sınır, çözünenin o sıcaklıkta söz konusu çözücüdeki çözünürlüğüdür. Sofra tuzu oda sıcaklığında 100 mL su başına yaklaşık 36 g miktarına kadar çözünür; bunun üzerinde çözünmemiş katı kabın dibinde kalır.

Sıcaklık derişimi etkiler mi? Evet, hacme dayalı birimler için etkiler. Su ısındıkça genleşir; bu nedenle çözünen miktarı değişmemiş olsa bile çözeltinin molaritesi ısıtıldığında biraz azalır. Kütleye dayalı olan kütlece yüzde ve molalite bundan etkilenmez.

Kaynaklar

1. Harris, D. C. (2015). Quantitative Chemical Analysis (9. baskı). W. H. Freeman.
2. Chang, R. ve Goldsby, K. A. (2015). Chemistry (12. baskı). McGraw-Hill Education.
3. International Union of Pure and Applied Chemistry. (1997). Compendium of Chemical Terminology ("Gold Book").
4. National Institute of Standards and Technology. NIST Chemistry WebBook. https://webbook.nist.gov/chemistry/