Molaritet, razblaživanje i stehiometrija rastvora

Molaritet broji molove po litri rastvora

Molaritet, koji se naziva i količinska koncentracija, je količina rastvorene tvari u molovima podijeljena zapreminom rastvora u litrima: c = n/V, u mol/L, često pisano kao M. Rastvor glukoze od 0.250 mol/L sadrži 0.250 mol glukoze u svakoj litri konačnog rastvora. Uglaste zagrade označavaju molarnu koncentraciju vrste, kao u [Cl⁻].

Zapremina je zapremina rastvora, a ne otapala. Rastvaranje tvari u tačno 1.000 L vode općenito daje ukupnu zapreminu koja nije 1.000 L, pa se rastvori dopunjavaju do oznake kalibracije u odmjernoj tikvici, a ne dodavanjem izmjerene zapremine vode.

Za jak elektrolit koncentracije iona slijede iz formule. Rastvor CaCl₂ od 0.150 mol/L je 0.150 mol/L po Ca²⁺ i 0.300 mol/L po Cl⁻, jer svaka formulska jedinka oslobađa dva hloridna iona. Molaritet se također neznatno mijenja s temperaturom, jer se rastvori šire kada se zagriju.

Priprema rastvora iz izvagane čvrste tvari

Potrebna količina je n = c × V, a masa za vaganje je n × M, gdje je M molarna masa. Izvažite čvrstu tvar, otopite je u manje vode od konačne zapremine, prenesite je u odmjernu tikvicu ispirući čašu u tikvicu, dopunite do oznake i promiješajte okretanjem.

Riješeni primjer: pripremite 250.0 mL bakar(II)-sulfata od 0.0800 mol/L iz plavih kristala bakar(II)-sulfat pentahidrata, CuSO₄·5H₂O. Uz IUPAC standardne atomske mase zaokružene na dvije decimale (Cu 63.55, S 32.06, O 16.00, H 1.01), molarna masa hidrata je 63.55 + 32.06 + 4(16.00) + 5(18.02) = 249.71 g/mol.

n = 0.0800 mol/L × 0.2500 L = 0.02000 mol. Masa = 0.02000 mol × 249.71 g/mol = 4.994 g, pa izvažite 4.99 g pentahidrata. Svaka formulska jedinka i dalje daje jedan Cu²⁺ i jedan SO₄²⁻, ali kristalna voda doprinosi masi koju vagate. Da ste upotrijebili molarnu masu bezvodne soli, 159.61 g/mol, i izvagali 3.19 g hidrata, rastvor bi bio samo 0.0511 mol/L, oko 36% previše razblažen.

Razblaživanje matičnog rastvora pomoću C₁V₁ = C₂V₂

Dodavanje otapala mijenja zapreminu, ali ne i količinu rastvorene tvari. Pošto je n = cV prije i poslije razblaživanja, C₁V₁ = C₂V₂, gdje se 1 odnosi na matični, a 2 na razblaženi rastvor. Bilo koja jedinica zapremine radi ako obje zapremine koriste istu, jer se jedinice krate.

Riješeni primjer: trebate 500.0 mL natrij-hlorida od 0.360 mol/L, a imate matični rastvor od 2.40 mol/L. V₁ = C₂V₂ ÷ C₁ = (0.360 mol/L × 500.0 mL) ÷ 2.40 mol/L = 75.0 mL. Provjera: matični rastvor je 2.40 ÷ 0.360 = 6.67 puta koncentriraniji, pa vam treba oko jedna sedmina konačne zapremine, a 500.0 mL ÷ 6.67 = 75.0 mL.

Odmjerite 75.0 mL matičnog rastvora u odmjernu tikvicu od 500 mL i dopunite do oznake. Nemojte jednostavno dodati 425.0 mL vode: zapremine rastvora nisu strogo aditivne, a C₂ se odnosi na konačnu zapreminu. Pri razblaživanju koncentrirane kiseline dodajte kiselinu u vodu, a ne vodu u kiselinu, jer oslobođena toplota može izazvati prskanje.

Stehiometrija rastvora: od zapremine do molova i natrag

U reakcijama između rastvora molaritet pretvara zapreminu u molove preko n = c × V. Molni omjer iz izjednačene jednačine zatim se primjenjuje tačno kao u stehiometriji zasnovanoj na masi, a drugi molaritet pretvara natrag u zapreminu ako je potrebno.

Riješeni primjer: koja zapremina barij-hlorida od 0.125 mol/L taloži sav sulfat iz 40.0 mL natrij-sulfata od 0.0850 mol/L i koja masa barij-sulfata nastaje? Neto ionska jednačina je Ba²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) → BaSO₄(s). n(SO₄²⁻) = 0.0850 mol/L × 0.0400 L = 3.40 × 10⁻³ mol. Omjer je 1:1, a svaki BaCl₂ daje jedan Ba²⁺, pa je V = 3.40 × 10⁻³ mol ÷ 0.125 mol/L = 0.0272 L, odnosno 27.2 mL.

Molarna masa BaSO₄ (Ba 137.33, S 32.06, O 16.00) je 233.39 g/mol, pa je nastala masa 3.40 × 10⁻³ mol × 233.39 g/mol = 0.794 g. Svaki odgovor ima tri značajne cifre, određene sa 0.0850 mol/L, 40.0 mL i 0.125 mol/L.

Titracija: pretvaranje očitanja birete u koncentraciju

U titraciji se rastvor poznate koncentracije, titrant, dodaje iz birete u odmjerenu zapreminu uzorka dok se reakcija ne završi. Tačka ekvivalencije je mjesto na kojem količina dodanog titranta odgovara uzorku u stehiometrijskom omjeru. Krajnja tačka je mjesto na kojem indikator mijenja boju, a prikladan indikator čini da se one gotovo poklope.

Riješeni primjer: uzorak od 20.00 mL rastvora barij-hidroksida nepoznate koncentracije traži 28.36 mL hlorovodične kiseline od 0.1208 mol/L da bi se došlo do krajnje tačke s fenolftaleinom. Ba(OH)₂(aq) + 2 HCl(aq) → BaCl₂(aq) + 2 H₂O(l). n(HCl) = 0.1208 mol/L × 0.02836 L = 3.426 × 10⁻³ mol. n(Ba(OH)₂) = 3.426 × 10⁻³ mol ÷ 2 = 1.713 × 10⁻³ mol. c(Ba(OH)₂) = 1.713 × 10⁻³ mol ÷ 0.02000 L = 0.08565 mol/L, na četiri značajne cifre.

Faktor 2 je važan. Tretiranje reakcije kao 1:1 dalo bi 0.1713 mol/L, dvostruko više od prave vrijednosti, zbog čega se C₁V₁ = C₂V₂ ne smije koristiti za titracije. Koncentracija samog titranta unaprijed se utvrđuje standardizacijom, titriranjem prema izvaganom primarnom standardu; natrij-karbonat je čest izbor za kiseline.

Greške s koncentracijom i kako ih uočiti

Većina grešaka s koncentracijom su greške u jedinicama ili postavci. Pisanje jedinica uz svaku veličinu i provjera da se rezultat kreće u očekivanom smjeru hvata gotovo sve njih.

Razblaženi rastvor mora biti manje koncentriran od matičnog, masa izvagana za hidrat mora biti veća nego za bezvodnu so, a zapremina titranta treba biti unutar raspona birete. Rezultat koji krši bilo šta od toga zaslužuje drugi pogled.

• Upotreba mililitara u n = c × V uz c u mol/L. Prvo pretvorite u litre; mL × mol/L ne daje mol.
• Upotreba zapremine otapala umjesto konačne zapremine rastvora.
• Upotreba molarne mase bezvodne soli za hidrat.
• Primjena C₁V₁ = C₂V₂ na reakciju. Ona opisuje samo razblaživanje; za reakcije idite preko molova i molnog omjera.
• Zaboravljanje višestrukosti iona, poput tretiranja CaCl₂ od 0.150 mol/L kao 0.150 mol/L po Cl⁻.
• Dodavanje konačne zapremine vode umjesto razblaživanja do konačne zapremine.