מולריות, דילול וסטוכיומטריה של תמיסות

מולריות סופרת מולים לליטר של תמיסה

מולריות, שנקראת גם ריכוז כמות חומר, היא כמות המומס במולים חלקי נפח התמיסה בליטרים: c = n/V, ב-mol/L, ולעתים קרובות נכתבת M. תמיסת גלוקוז של 0.250 mol/L מכילה 0.250 mol של גלוקוז בכל ליטר של התמיסה הסופית. סוגריים מרובעים מציינים את הריכוז המולרי של מין, כמו ב-[Cl⁻].

הנפח הוא נפח התמיסה, לא נפח הממס. המסת מומס בדיוק ב-1.000 L מים נותנת בדרך כלל נפח כולל שאינו 1.000 L, ולכן תמיסות מכינים עד סימון כיול בבקבוק מדידה ולא על ידי הוספת נפח מדוד של מים.

באלקטרוליט חזק, ריכוזי היונים נגזרים מהנוסחה. תמיסת CaCl₂ של 0.150 mol/L היא 0.150 mol/L ב-Ca²⁺ ו-0.300 mol/L ב-Cl⁻, כי כל יחידת נוסחה משחררת שני יוני כלוריד. מולריות משתנה מעט גם עם הטמפרטורה, שכן תמיסות מתרחבות כשמחממים אותן.

הכנת תמיסה ממוצק שנשקל

הכמות הנדרשת היא n = c × V, והמסה לשקילה היא n × M, כאשר M היא המסה המולרית. שוקלים את המוצק, ממיסים אותו בפחות מים מהנפח הסופי, מעבירים אותו לבקבוק מדידה תוך שטיפת הכוס לתוך הבקבוק, ממלאים עד הסימון ומערבבים בהיפוך.

דוגמה פתורה: הכנת 250.0 mL של נחושת(II) גופרתית 0.0800 mol/L מגבישים כחולים של נחושת(II) גופרתית פנטהידרט, CuSO₄·5H₂O. בעזרת משקלים אטומיים סטנדרטיים של IUPAC מעוגלים לשני מקומות עשרוניים (Cu 63.55, S 32.06, O 16.00, H 1.01), המסה המולרית של ההידרט היא 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. מסה = 0.02000 mol × 249.71 g/mol = 4.994 g, ולכן שוקלים 4.99 g של הפנטהידרט. כל יחידת נוסחה עדיין מספקת Cu²⁺ אחד ו-SO₄²⁻ אחד, אבל מי ההתגבשות מוסיפים למסה שאתם שוקלים. אילו השתמשתם במסה המולרית של החומר נטול המים, 159.61 g/mol, ושקלתם 3.19 g מההידרט, התמיסה הייתה רק 0.0511 mol/L, מדוללת בכ-36% יותר מדי.

דילול תמיסת מלאי בעזרת C₁V₁ = C₂V₂

הוספת ממס משנה את הנפח אך לא את כמות המומס. מכיוון ש-n = cV לפני הדילול ואחריו, C₁V₁ = C₂V₂, כאשר 1 מתייחס לתמיסת המלאי ו-2 לתמיסה המדוללת. כל יחידת נפח מתאימה כל עוד שני הנפחים משתמשים באותה יחידה, כי היחידות מצטמצמות.

דוגמה פתורה: אתם צריכים 500.0 mL של נתרן כלורי 0.360 mol/L ויש לכם תמיסת מלאי של 2.40 mol/L. V₁ = C₂V₂ ÷ C₁ = (0.360 mol/L × 500.0 mL) ÷ 2.40 mol/L = 75.0 mL. בדיקה: תמיסת המלאי מרוכזת פי 2.40 ÷ 0.360 = 6.67, ולכן צריך בערך שביעית מהנפח הסופי, ו-500.0 mL ÷ 6.67 = 75.0 mL.

מודדים 75.0 mL של תמיסת מלאי לבקבוק מדידה של 500 mL וממלאים עד הסימון. אל תוסיפו סתם 425.0 mL של מים: נפחי תמיסות אינם חיבוריים בהחלט, ו-C₂ מתייחס לנפח הסופי. בדילול חומצה מרוכזת, הוסיפו את החומצה למים ולא את המים לחומצה, כי החום המשתחרר עלול לגרום להתזה.

סטוכיומטריה של תמיסות: מנפח למולים וחזרה

בתגובות בין תמיסות, מולריות ממירה נפח למולים באמצעות n = c × V. יחס המולים מהמשוואה המאוזנת חל אז בדיוק כמו בסטוכיומטריה מבוססת מסה, ומולריות שנייה ממירה חזרה לנפח אם צריך.

דוגמה פתורה: איזה נפח של בריום כלוריד 0.125 mol/L משקיע את כל הסולפט מ-40.0 mL של נתרן סולפט 0.0850 mol/L, ואיזו מסה של בריום סולפט נוצרת? המשוואה היונית נטו היא Ba²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) → BaSO₄(s). n(SO₄²⁻) = 0.0850 mol/L × 0.0400 L = 3.40 × 10⁻³ mol. היחס הוא 1:1, וכל BaCl₂ מספק Ba²⁺ אחד, ולכן V = 3.40 × 10⁻³ mol ÷ 0.125 mol/L = 0.0272 L, או 27.2 mL.

המסה המולרית של BaSO₄ (Ba 137.33, S 32.06, O 16.00) היא 233.39 g/mol, ולכן המסה שנוצרת היא 3.40 × 10⁻³ mol × 233.39 g/mol = 0.794 g. לכל תשובה יש שלוש ספרות משמעותיות, שנקבעות לפי 0.0850 mol/L, 40.0 mL ו-0.125 mol/L.

טיטרציה: הפיכת קריאת ביורטה לריכוז

בטיטרציה, תמיסה בריכוז ידוע, הטיטרנט, מוספת מביורטה לנפח מדוד של דגימה עד שהתגובה מושלמת. נקודת השקילות היא הנקודה שבה כמות הטיטרנט שהוספה תואמת את הדגימה ביחס הסטוכיומטרי. נקודת הסיום היא הנקודה שבה האינדיקטור משנה צבע, ואינדיקטור מתאים גורם לשתי הנקודות להתלכד כמעט.

דוגמה פתורה: דגימה של 20.00 mL מתמיסת בריום הידרוקסיד בריכוז לא ידוע דורשת 28.36 mL של חומצה הידרוכלורית 0.1208 mol/L כדי להגיע לנקודת סיום עם פנולפתלאין. 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, בארבע ספרות משמעותיות.

הגורם 2 חשוב. התייחסות לתגובה כאל 1:1 הייתה נותנת 0.1713 mol/L, כפול הערך האמיתי, ולכן אין להשתמש ב-C₁V₁ = C₂V₂ בטיטרציות. הריכוז של הטיטרנט עצמו נקבע מראש בכיול, בטיטרציה שלו מול תקן ראשוני שנשקל; נתרן פחמתי הוא בחירה נפוצה לחומצות.

טעויות בריכוז ואיך לזהות אותן

רוב שגיאות הריכוז הן שגיאות יחידות או הגדרה. כתיבת יחידות ליד כל כמות ובדיקה שהתוצאה זזה בכיוון הצפוי תופסות כמעט את כולן.

תמיסה מדוללת חייבת להיות פחות מרוכזת מתמיסת המלאי שלה, מסה שנשקלת להידרט חייבת להיות גדולה יותר מזו של המלח נטול המים, ונפח טיטרנט צריך ליפול בטווח הביורטה. תוצאה שמפרה אחד מאלה ראויה למבט שני.

• שימוש במיליליטרים ב-n = c × V כש-c ב-mol/L. המירו קודם לליטרים; mL × mol/L אינו נותן mol.
• שימוש בנפח הממס במקום בנפח הסופי של התמיסה.
• שימוש במסה המולרית של חומר נטול מים עבור הידרט.
• החלת C₁V₁ = C₂V₂ על תגובה. היא מתארת דילול בלבד; בתגובות, עברו דרך מולים ויחס המולים.
• שכחת ריבוי היונים, כמו התייחסות ל-CaCl₂ של 0.150 mol/L כאל 0.150 mol/L ב-Cl⁻.
• הוספת הנפח הסופי של מים במקום דילול עד הנפח הסופי.