Конвертер концентрації в молярність | % маса/об'єм до моль/л

Що таке конвертер концентрації в молярність?

Конвертер концентрації в молярність перетворює відсоткову концентрацію (маса на об’єм, записується як w/v) на молярність — кількість молів речовини, розчиненої в одному літрі розчину. Для цього потрібні два числа: відсоткова концентрація та молярна маса розчиненої речовини, виражена в грамах на моль.

Що таке молярність?

Молярність — це спосіб вимірювання кількості речовини, розчиненої в рідині. Вона визначається як кількість молів розчиненої речовини на літр розчину.

$\text{Молярність (M)} = \frac{\text{молі розчиненої речовини}}{\text{об’єм розчину в літрах}}$

Одиницею є мол/л, часто записується як M. Розчин хлориду натрію з концентрацією 0,5 M містить 0,5 моля хлориду натрію в кожному літрі розчину.

Хімічні реакції відбуваються між частинками, а не між грамами. Молярність показує хіміку, скільки частинок міститься в певному об’ємі, тому це стандартна одиниця для хімічних розрахунків. Міжнародний союз чистої та прикладної хімії (IUPAC) наводить молярність як стандартний спосіб вираження концентрації.

Формула перетворення відсоткової концентрації на молярність

$\text{Молярність (M)} = \frac{\text{Відсоткова концентрація (w/v)} \times 10}{\text{Молярна маса (г/моль)}}$

Відсоткова концентрація w/v означає кількість грамів розчиненої речовини на 100 мл розчину. Множення на 10 перетворює це значення на грами на літр, оскільки один літр дорівнює 1 000 мл. Ділення на молярну масу перетворює грами на молі.

Ця формула працює лише для відсоткових концентрацій w/v. Для відсоткової концентрації w/w (маса на масу), поширеної на пляшках із концентрованими кислотами, потрібна також густина розчину (див. нижче).

Як обчислити молярність за відсотковою концентрацією

1. Помножте відсоткову концентрацію на 10. Це дає концентрацію в грамах на літр.
2. Поділіть це число на молярну масу речовини в грамах на моль.
3. Результат — молярність у мол/л.

Чому формула працює

Розчин 5% w/v містить 5 грамів розчиненої речовини в 100 мл розчину.

1. Грами на літр: 5 г × 10 = 50 г/л.
2. Молі на літр: 50 г/л ÷ молярна маса (г/моль) = мол/л.

Приклад обчислення

Розчин є 5% (w/v) хлоридом натрію (NaCl). Молярна маса NaCl становить 58,44 г/моль.

$\text{Молярність} = \frac{5 \times 10}{58.44} = 0.856 \text{ мол/л}$

Молярність розчину NaCl концентрацією 5% становить приблизно 0,856 M.

Додаткові приклади

• Фізіологічний розчин (0,9% NaCl): (0,9 × 10) ÷ 58,44 = 0,154 M
• Розчин глюкози концентрацією 5% (C₆H₁₂O₆, 180,16 г/моль): (5 × 10) ÷ 180,16 = 0,278 M
• Розчин гідроксиду натрію концентрацією 10% (NaOH, 40,00 г/моль): (10 × 10) ÷ 40,00 = 2,50 M

Як користуватися конвертером

1. Введіть відсоткову концентрацію (w/v) — число від 0 до 100.
2. Введіть молярну масу речовини в г/моль. Вона має бути більшою за 0.
3. Молярність автоматично відобразиться в мол/л.
4. Натисніть кнопку копіювання, щоб скопіювати результат.

Результати нижче 10 mol/л відображаються з трьома значущими цифрами. Результати від 10 mol/л і вище відображаються з однією цифрою після коми.

Поширені молярні маси

Інші способи вираження концентрації

Моляльність (m) — це кількість молів розчиненої речовини на кілограм розчинника, а не розчину. Вона не змінюється з температурою, тому вчені використовують її для розрахунків температури замерзання та кипіння.

$\text{Моляльність (m)} = \frac{\text{молі розчиненої речовини}}{\text{маса розчинника в кг}}$

Масова частка (w/w) — це кількість грамів розчиненої речовини на 100 грамів розчину. Вона часто вказується на пляшках із концентрованими кислотами та основами. Для перетворення на молярність потрібна густина розчину:

$\text{Молярність} = \frac{\text{Масова частка} \times \text{густина (г/мл)} \times 10}{\text{Молярна маса}}$

Об’ємна частка (v/v) використовується для сумішей рідин, наприклад етанолу у воді. Розчин етанолу концентрацією 70% v/v містить 70 мл етанолу на 100 мл загального об’єму розчину.

Нормальність (N) — це кількість грам-еквівалентів на літр. Вона зустрічається в давнішій літературі з титрування, але в сучасній хімії здебільшого замінена молярністю.

Обмеження точності

Саме перетворення є точним для відсоткової концентрації w/v. Відсоткова концентрація w/v уже визначає кількість грамів розчиненої речовини у фіксованому об’ємі розчину, тому густина розчину не входить до розрахунку. Похибки виникають через числа, введені в нього.

• Помилкове використання відсоткової концентрації w/w: Концентровані кислоти й основи маркують за масою (w/w), а не за об’ємом. Концентрована хлороводнева кислота має приблизно 37% w/w і густину близько 1,19 г/мл, що відповідає приблизно 44% w/v, або близько 12,1 mol/л. Введення 37 замість 44 занижує молярність приблизно на одну шосту. Спочатку виконайте перетворення за наведеною вище формулою з густиною.
• Дуже густі розчини: Відсоткова концентрація w/v може перевищувати 100, якщо розчин значно густіший за воду. Концентрована сірчана кислота, що має приблизно 96% w/w за густини 1,84 г/мл, відповідає приблизно 177% w/v, або близько 18 mol/л. Цей конвертер приймає лише значення від 0 до 100, тому значення понад 100 потрібно обчислювати вручну.
• Температура: Об’єм розчину змінюється з температурою, тому молярність дещо змінюється разом із температурою. Моляльність не змінюється, оскільки ґрунтується на масі, а не на об’ємі.
• Гідратовані сполуки: Деякі сполуки поглинають воду у свою кристалічну структуру, і це змінює їхню молярну масу. Безводний сульфат міді (CuSO₄) має молярну масу 159,61 г/моль. Пентагідрат сульфату міді (CuSO₄·5H₂O) має молярну масу 249,68 г/моль, що більш ніж на 50% більше. Використання неправильного значення дає значно неточну молярність.
• Чистота реагенту: Промислові хімічні речовини рідко мають чистоту 100%. Реагент із маркуванням про чистоту 98% містить 2% інших речовин за масою, що дещо знижує справжню молярність розчину, виготовленого з нього.

Поширені запитання

У чому різниця між молярністю та моляльністю?

Молярність — це кількість молів розчиненої речовини на літр розчину. Моляльність — це кількість молів розчиненої речовини на кілограм розчинника. Молярність дещо змінюється з температурою, оскільки об’єм рідини змінюється з температурою. Моляльність залишається сталою, оскільки маса не змінюється з температурою.

Чому молярність використовують частіше, ніж відсоткову концентрацію?

Хімічні реакції відбуваються між молекулами, а молярність безпосередньо вказує, скільки молів речовини міститься в певному об’ємі. Відсоткова концентрація вказує масу, яку потрібно перетворити на молі, перш ніж використовувати її в розрахунках реакцій.

Як перетворити молярність назад на відсоткову концентрацію?

Перетворіть формулу у зворотному напрямку:

$\text{Відсоткова концентрація (w/v)} = \frac{\text{Молярність} \times \text{Молярна маса}}{10}$

Розчин хлориду натрію концентрацією 0,5 M дорівнює (0,5 × 58,44) ÷ 10 = 2,92% w/v.

Чи працює ця формула для відсоткової концентрації маса/маса (w/w)?

Ні. Формула на цій сторінці призначена лише для відсоткових концентрацій w/v. Для перетворення відсоткової концентрації w/w на молярність потрібна густина розчину; використовуйте формулу, наведену вище в розділі «Інші способи вираження концентрації».

Чи впливає густина розчину на результат?

Ні. Відсоткова концентрація w/v уже визначає кількість грамів розчиненої речовини на 100 мл розчину, тому об’єм фіксований самим визначенням, а густина не враховується. Густина потрібна лише для перетворення відсоткової концентрації w/w, яка визначає кількість грамів на 100 грамів розчину, на відсоткову концентрацію w/v або молярність.

Як приготувати розчин із певною молярністю?

Обчисліть потрібну масу за формулою: Маса (г) = Молярність (мол/л) × Об’єм (л) × Молярна маса (г/моль). Відважте цю масу, розчиніть її в об’ємі розчинника, меншому за кінцевий, перенесіть розчин у мірну колбу, а потім додайте розчинник до позначки. Додавання розчинника до повного об’єму до розчинення речовини є поширеною помилкою, оскільки це може зробити кінцевий об’єм надто великим.

Джерела

1. Золота книга IUPAC — концентрація кількості речовини
2. Хімічний довідник NIST
3. Гарріс, D. C. (2015). Кількісний хімічний аналіз (9-те видання). W. H. Freeman and Company.
4. Фармакопея Сполучених Штатів (USP)