Molarity, Dilution, at Solution Stoichiometry

Binibilang ng molarity ang mole bawat litro ng solusyon

Ang molarity, na tinatawag ding amount concentration, ay ang dami ng solute sa mole na hinati sa volume ng solusyon sa litro: c = n/V, sa mol/L, na madalas isinusulat bilang M. Ang 0.250 mol/L na solusyon ng glucose ay naglalaman ng 0.250 mol ng glucose sa bawat litro ng huling solusyon. Ang mga square bracket ay tumutukoy sa molar na konsentrasyon ng isang species, tulad ng sa [Cl⁻].

Ang volume ay ang volume ng solusyon, hindi ng solvent. Ang pagtunaw ng solute sa eksaktong 1.000 L ng tubig ay karaniwang nagbibigay ng kabuuang volume na hindi 1.000 L, kaya ang mga solusyon ay binubuo hanggang sa marka ng kalibrasyon sa isang volumetric flask sa halip na magdagdag ng sinukat na volume ng tubig.

Para sa isang malakas na electrolyte, ang mga konsentrasyon ng ion ay sumusunod sa formula. Ang 0.150 mol/L na solusyon ng CaCl₂ ay 0.150 mol/L sa Ca²⁺ at 0.300 mol/L sa Cl⁻, dahil ang bawat formula unit ay naglalabas ng dalawang chloride ion. Bahagyang nagbabago rin ang molarity ayon sa temperatura, dahil lumalawak ang mga solusyon kapag pinainit.

Paghahanda ng solusyon mula sa tinimbang na solido

Ang kinakailangang dami ay n = c × V, at ang masang titimbangin ay n × M, kung saan ang M ay ang molar mass. Timbangin ang solido, tunawin ito sa mas kaunting tubig kaysa sa huling volume, ilipat ito sa volumetric flask habang binabanlawan ang beaker papunta sa flask, i-dilute hanggang sa marka, at haluin sa pamamagitan ng pagbabaligtad.

Halimbawang may solusyon: maghanda ng 250.0 mL ng 0.0800 mol/L na copper(II) sulfate mula sa asul na kristal ng copper(II) sulfate pentahydrate, CuSO₄·5H₂O. Gamit ang mga standard atomic weight ng IUPAC na naka-round sa dalawang decimal (Cu 63.55, S 32.06, O 16.00, H 1.01), ang molar mass ng hydrate ay 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, kaya timbangin ang 4.99 g ng pentahydrate. Nagbibigay pa rin ng isang Cu²⁺ at isang SO₄²⁻ ang bawat formula unit, ngunit nagdaragdag ang tubig ng hydration sa masang tinitimbang mo. Kung ginamit mo ang molar mass ng anhydrous, 159.61 g/mol, at nagtimbang ng 3.19 g ng hydrate, ang solusyon ay magiging 0.0511 mol/L lang, mga 36% na masyadong dilute.

Pag-dilute ng stock solution gamit ang C₁V₁ = C₂V₂

Binabago ng pagdaragdag ng solvent ang volume ngunit hindi ang dami ng solute. Dahil n = cV bago at pagkatapos ng dilution, C₁V₁ = C₂V₂, kung saan ang 1 ay tumutukoy sa stock at ang 2 sa dinilute na solusyon. Gumagana ang anumang yunit ng volume kung pareho ang gamit sa dalawang volume, dahil nagkakansela ang mga yunit.

Halimbawang may solusyon: kailangan mo ng 500.0 mL ng 0.360 mol/L na sodium chloride at may stock kang 2.40 mol/L. V₁ = C₂V₂ ÷ C₁ = (0.360 mol/L × 500.0 mL) ÷ 2.40 mol/L = 75.0 mL. Pagsusuri: ang stock ay 2.40 ÷ 0.360 = 6.67 beses na mas konsentrado, kaya kailangan mo ng mga isang-ikapito ng huling volume, at 500.0 mL ÷ 6.67 = 75.0 mL.

Sukatin ang 75.0 mL ng stock sa 500-mL na volumetric flask at i-dilute hanggang sa marka. Huwag basta magdagdag ng 425.0 mL ng tubig: hindi mahigpit na nagdadagdagan ang mga volume ng mga solusyon, at ang C₂ ay tumutukoy sa huling volume. Kapag nagdi-dilute ng konsentradong acid, idagdag ang acid sa tubig sa halip na tubig sa acid, dahil ang init na nailalabas ay maaaring magdulot ng pagtalsik.

Solution stoichiometry: mula volume tungo sa mole at pabalik

Sa mga reaksyon sa pagitan ng mga solusyon, kino-convert ng molarity ang volume sa mole sa pamamagitan ng n = c × V. Ang mole ratio mula sa balanseng equation ay inilalapat nang eksakto tulad sa stoichiometry na nakabatay sa masa, at ibinabalik ng pangalawang molarity sa volume kung kinakailangan.

Halimbawang may solusyon: anong volume ng 0.125 mol/L na barium chloride ang magpe-precipitate ng lahat ng sulfate mula sa 40.0 mL ng 0.0850 mol/L na sodium sulfate, at anong masa ng barium sulfate ang nabubuo? Ang net ionic equation ay Ba²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) → BaSO₄(s). n(SO₄²⁻) = 0.0850 mol/L × 0.0400 L = 3.40 × 10⁻³ mol. 1:1 ang ratio, at ang bawat BaCl₂ ay nagbibigay ng isang Ba²⁺, kaya V = 3.40 × 10⁻³ mol ÷ 0.125 mol/L = 0.0272 L, o 27.2 mL.

Ang molar mass ng BaSO₄ (Ba 137.33, S 32.06, O 16.00) ay 233.39 g/mol, kaya ang nabuong masa ay 3.40 × 10⁻³ mol × 233.39 g/mol = 0.794 g. Tatlo ang mahalagang digit ng bawat sagot, na itinakda ng 0.0850 mol/L, 40.0 mL, at 0.125 mol/L.

Titration: paggawa ng konsentrasyon mula sa pagbasa ng buret

Sa isang titration, ang solusyong may kilalang konsentrasyon, ang titrant, ay idinadagdag mula sa buret sa sinukat na volume ng sample hanggang makumpleto ang reaksyon. Ang equivalence point ay kung saan ang dami ng idinagdag na titrant ay tumutugma sa sample sa stoichiometric na ratio. Ang endpoint ay kung saan nagbabago ng kulay ang indicator, at ang angkop na indicator ay nagpapalapit nang husto sa dalawa.

Halimbawang may solusyon: ang 20.00 mL na sample ng solusyon ng barium hydroxide na hindi alam ang konsentrasyon ay nangangailangan ng 28.36 mL ng 0.1208 mol/L na hydrochloric acid para maabot ang endpoint ng phenolphthalein. 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, sa apat na mahalagang digit.

Mahalaga ang factor na 2. Ang pagturing sa reaksyon bilang 1:1 ay magbibigay ng 0.1713 mol/L, dalawang beses ang totoong halaga, kaya hindi dapat gamitin ang C₁V₁ = C₂V₂ para sa mga titration. Itinatatag nang maaga ang sariling konsentrasyon ng titrant sa pamamagitan ng standardization, sa pamamagitan ng pag-titrate rito laban sa tinimbang na primary standard; karaniwang pagpipilian ang sodium carbonate para sa mga acid.

Mga pagkakamali sa konsentrasyon at paano mapapansin ang mga ito

Karamihan sa mga error sa konsentrasyon ay mga error sa yunit o setup. Ang pagsulat ng mga yunit sa bawat dami, at pagsuri na gumagalaw ang resulta sa inaasahang direksyon, ay nakakahuli ng halos lahat ng mga ito.

Ang dinilute na solusyon ay dapat mas mahina ang konsentrasyon kaysa sa stock nito, ang masang tinimbang para sa hydrate ay dapat mas malaki kaysa sa anhydrous na asin, at ang volume ng titrant ay dapat nasa saklaw ng buret. Ang resultang lumalabag sa alinman sa mga ito ay nararapat suriing muli.

• Paggamit ng milliliter sa n = c × V na ang c ay nasa mol/L. I-convert muna sa litro; ang mL × mol/L ay hindi nagbibigay ng mol.
• Paggamit ng volume ng solvent sa halip na ng huling volume ng solusyon.
• Paggamit ng molar mass ng anhydrous para sa isang hydrate.
• Paglalapat ng C₁V₁ = C₂V₂ sa isang reaksyon. Dilution lang ang inilalarawan nito; para sa mga reaksyon, dumaan sa mole at sa mole ratio.
• Pagkalimot sa multiplicity ng ion, tulad ng pagturing sa 0.150 mol/L na CaCl₂ bilang 0.150 mol/L sa Cl⁻.
• Pagdaragdag ng huling volume ng tubig sa halip na pag-dilute hanggang sa huling volume.