Co to jest molarność i jak jest obliczana?

Do celów pomiarowych wygodnie jest wiedzieć, ile substancji jest rozpuszczonych w danej objętości roztworu; to właśnie chemicy rozumieją przez „stężenie”. Molarność jest najczęstszym sposobem wyrażania stężenia podczas pracy z roztworami i reakcjami chemicznymi. Powodem jest to, że reagenty (pierwiastki lub związki) łączą się w proporcjach liczb całkowitych, gdy ich ilości są wyrażone w jednostkach zwanych „mole”. Na przykład 2 mole gazowego wodoru łączą się z 1 molem gazowego tlenu, tworząc 2 mole wody w wyniku reakcji chemicznej: 2H₂ + O₂ = 2H₂O.

Mol substancji definiuje się jako określoną liczbę atomów lub cząsteczek zwaną „liczbą Avogadro”, która wynosi 6,022 × 10²³. Liczba ta wynika z międzynarodowego porozumienia, opartego na liczbie atomów w dokładnie 12 gramach (g) izotopu węgla „C-12”. Wygoda ta „jednostka licząca” Liczba Avogadro, dostarczana jest, gdy weźmiemy pod uwagę na przykład wagi 1 mola tlenu, wody i dwutlenku węgla, które wynoszą 16,00 g, 18,02 g i 44,01 g, odpowiednio.

Molarność lub stężenie molowe (M) definiuje się jako liczbę moli substancji lub „substancji rozpuszczonej” rozpuszczonej w 1 litrze roztworu. Molarności nie należy mylić z „molalnością”, która jest stężeniem wyrażonym jako mole substancji rozpuszczonej na kilogram rozpuszczalnika. Przykłady pomogą wyjaśnić pojęcie molarności i jak to działa.

Rozważ problem, który dotyczy molarności roztworu zawierającego 100 gramów (g) chlorku sodu, NaCl, w 2,5 litrze roztworu. Najpierw określ „masę wzoru” NaCl, sumując „masy atomowe” jego pierwiastków, Na i Cl, w następujący sposób:

22,99 + 35,45 = 58,44 g NaCl/mol.

Następnie oblicz liczbę moli w 100 g NaCl, dzieląc wagę NaCl przez wagę wzoru:

100 g NaCl ÷ [58,44 g NaCl/mol NaCl] = 1,71 mola NaCl.

Na koniec oblicz molarność roztworu, dzieląc liczbę moli NaCl przez objętość roztworu:

1,71 mola NaCl ÷ 2,5 litra = 0,684 M.

Rozważ problem, który wymaga podania masy siarczanu sodu, Na₂WIĘC₄, wymagane do przygotowania 250 mililitrów (ml) 0,5 M roztworu. Pierwszym krokiem jest obliczenie liczby moli Na₂WIĘC₄ wymagane przez pomnożenie objętości roztworu przez molarność:

0,25 litra × 0,5 mola Na₂WIĘC₄/litr = 0,125 mola Na₂WIĘC₄

Następnie waga formuły Na₂WIĘC₄ określa się przez zsumowanie mas atomowych jego atomów składowych. Cząsteczka Na₂WIĘC₄ zawiera 2 atomy Na, 1 atom S (siarki) i 4 atomy O (tlen), dlatego jego waga formuły wynosi:

[22,99 × 2] + 32,07 + (16,00 × 4] = 45,98 + 32,07 + 64,00 = 142,1 g Na₂WIĘC₄/mole

Wreszcie waga Na₂WIĘC₄ wymagane oblicza się, mnożąc liczbę moli przez wagę wzoru:

0,125 mola Na₂WIĘC₄ × 142,1 g Na₂WIĘC₄/mol Na₂WIĘC₄ = 17,76 g Na₂WIĘC₄.