Molaritás, hígítás és oldatsztöchiometria

A molaritás az oldat literenkénti móljait számolja

A molaritás, más néven anyagmennyiség-koncentráció, az oldott anyag mólban megadott mennyisége osztva az oldat literben megadott térfogatával: c = n/V, mol/L-ben, gyakran M-mel jelölve. Egy 0.250 mol/L-es glükózoldat a végső oldat minden literében 0.250 mol glükózt tartalmaz. A szögletes zárójel egy részecske moláris koncentrációját jelöli, mint a [Cl⁻]-ben.

A térfogat az oldat térfogata, nem az oldószeré. Egy oldott anyagot pontosan 1.000 L vízben oldva az összes térfogat általában nem 1.000 L, ezért az oldatokat mérőlombikban a kalibrációs jelig töltik fel, nem pedig megmért térfogatú víz hozzáadásával.

Erős elektrolit esetén az ionkoncentrációk a képletből következnek. Egy 0.150 mol/L-es CaCl₂-oldat 0.150 mol/L Ca²⁺-ra és 0.300 mol/L Cl⁻-ra nézve, mert minden képletegység két kloridiont szabadít fel. A molaritás a hőmérséklettel is kissé változik, mivel az oldatok melegítéskor kitágulnak.

Oldat készítése lemért szilárd anyagból

A szükséges anyagmennyiség n = c × V, a lemérendő tömeg pedig n × M, ahol M a moláris tömeg. Mérje le a szilárd anyagot, oldja fel a végső térfogatnál kevesebb vízben, vigye át mérőlombikba, miközben a főzőpoharat is a lombikba öblíti, töltse fel a jelig, és fordítsa fel többször a keveréshez.

Megoldott példa: készítsen 250.0 mL 0.0800 mol/L-es réz(II)-szulfátot a réz(II)-szulfát-pentahidrát, CuSO₄·5H₂O kék kristályaiból. A két tizedesjegyre kerekített IUPAC standard atomtömegekkel (Cu 63.55, S 32.06, O 16.00, H 1.01) a hidrát moláris tömege 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. Tömeg = 0.02000 mol × 249.71 g/mol = 4.994 g, tehát mérjen le 4.99 g pentahidrátot. Minden képletegység továbbra is egy Cu²⁺-t és egy SO₄²⁻-t szolgáltat, de a kristályvíz hozzáadódik a lemért tömeghez. Ha a vízmentes moláris tömeget, 159.61 g/mol-t használná, és 3.19 g hidrátot mérne le, az oldat csak 0.0511 mol/L lenne, körülbelül 36%-kal túl híg.

Törzsoldat hígítása a C₁V₁ = C₂V₂ összefüggéssel

Az oldószer hozzáadása a térfogatot változtatja, az oldott anyag mennyiségét nem. Mivel n = cV a hígítás előtt és után is, C₁V₁ = C₂V₂, ahol az 1 a törzsoldatra, a 2 a hígított oldatra vonatkozik. Bármely térfogategység jó, ha mindkét térfogat ugyanazt használja, mert a mértékegységek kiesnek.

Megoldott példa: 500.0 mL 0.360 mol/L-es nátrium-kloridra van szüksége, és 2.40 mol/L-es törzsoldata van. V₁ = C₂V₂ ÷ C₁ = (0.360 mol/L × 500.0 mL) ÷ 2.40 mol/L = 75.0 mL. Ellenőrzés: a törzsoldat 2.40 ÷ 0.360 = 6.67-szer töményebb, tehát a végső térfogat körülbelül egyhetedére van szükség, és 500.0 mL ÷ 6.67 = 75.0 mL.

Mérjen 75.0 mL törzsoldatot egy 500 mL-es mérőlombikba, és töltse fel a jelig. Ne adjon egyszerűen hozzá 425.0 mL vizet: az oldatok térfogata nem szigorúan additív, és a C₂ a végső térfogatra vonatkozik. Tömény sav hígításakor a savat öntse a vízbe, ne a vizet a savba, mert a felszabaduló hő fröcskölést okozhat.

Oldatsztöchiometria: a térfogattól a mólokig és vissza

Az oldatok közötti reakciókban a molaritás az n = c × V összefüggéssel váltja át a térfogatot mólra. A kiegyenlített egyenlet mólarányát ezután pontosan úgy alkalmazzuk, mint a tömegalapú sztöchiometriában, és egy második molaritás szükség esetén visszaváltja térfogatra.

Megoldott példa: mekkora térfogatú 0.125 mol/L-es bárium-klorid csapja ki az összes szulfátot 40.0 mL 0.0850 mol/L-es nátrium-szulfátból, és mekkora tömegű bárium-szulfát keletkezik? A net ionegyenlet: Ba²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) → BaSO₄(s). n(SO₄²⁻) = 0.0850 mol/L × 0.0400 L = 3.40 × 10⁻³ mol. Az arány 1:1, és minden BaCl₂ egy Ba²⁺-t szolgáltat, így V = 3.40 × 10⁻³ mol ÷ 0.125 mol/L = 0.0272 L, vagyis 27.2 mL.

A BaSO₄ moláris tömege (Ba 137.33, S 32.06, O 16.00) 233.39 g/mol, így a keletkező tömeg 3.40 × 10⁻³ mol × 233.39 g/mol = 0.794 g. Minden válasznak három értékes jegye van, amelyet a 0.0850 mol/L, a 40.0 mL és a 0.125 mol/L határoz meg.

Titrálás: a büretta leolvasásától a koncentrációig

A titrálás során ismert koncentrációjú oldatot, a titrálószert bürettából adagolják a minta megmért térfogatához, amíg a reakció le nem zajlik. Az egyenértékpont az, ahol a hozzáadott titrálószer mennyisége a sztöchiometriai arányban megegyezik a mintáéval. A végpont az, ahol az indikátor színt vált, és a megfelelő indikátor a kettőt közel egybeesővé teszi.

Megoldott példa: egy ismeretlen koncentrációjú bárium-hidroxid-oldat 20.00 mL-es mintájához 28.36 mL 0.1208 mol/L-es sósav kell a fenolftalein szerinti végpont eléréséhez. 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, négy értékes jegyre.

A 2-es tényező számít. Ha a reakciót 1:1-nek tekintené, 0.1713 mol/L-t kapna, ami a valódi érték kétszerese, és ezért nem szabad a C₁V₁ = C₂V₂ összefüggést titrálásokra használni. A titrálószer saját koncentrációját előzetesen a faktorozással állapítják meg, lemért elsődleges standardhoz titrálva; savakhoz gyakori választás a nátrium-karbonát.

Koncentrációs hibák és felismerésük

A legtöbb koncentrációs hiba mértékegység- vagy felállítási hiba. Ha minden mennyiségre felírja a mértékegységet, és ellenőrzi, hogy az eredmény a várt irányba mozdul-e, szinte mindet kiszűri.

A hígított oldatnak kevésbé töménynek kell lennie a törzsoldatnál, a hidráthoz lemért tömegnek nagyobbnak kell lennie, mint a vízmentes sóhoz, a titrálószer térfogatának pedig a büretta tartományába kell esnie. Az az eredmény, amely ezek bármelyikét megsérti, újabb pillantást érdemel.

• Milliliter használata az n = c × V összefüggésben mol/L-es c mellett. Előbb váltson literre; az mL × mol/L nem ad mólt.
• Az oldószer térfogatának használata az oldat végső térfogata helyett.
• A vízmentes moláris tömeg használata hidráthoz.
• A C₁V₁ = C₂V₂ alkalmazása reakcióra. Ez csak a hígítást írja le; reakcióknál a mólokon és a mólarányon keresztül haladjon.
• Az ionok többszörösségének elfelejtése, például a 0.150 mol/L CaCl₂ kezelése úgy, mintha 0.150 mol/L lenne Cl⁻-ra nézve.
• A víz végső térfogatának hozzáadása ahelyett, hogy a végső térfogatra hígítana.