Mólstyrkur, þynning og efnahlutföll í lausnum

Mólstyrkur telur mól í hverjum lítra af lausn

Mólstyrkur, einnig kallaður efnismagnsstyrkur, er magn uppleysts efnis í mólum deilt með rúmmáli lausnarinnar í lítrum: c = n/V, í mol/L, oft skrifað M. 0.250 mol/L glúkósalausn inniheldur 0.250 mol af glúkósa í hverjum lítra af lokalausninni. Hornklofar tákna mólstyrk tegundar, eins og í [Cl⁻].

Rúmmálið er rúmmál lausnarinnar, ekki leysisins. Að leysa efni upp í nákvæmlega 1.000 L af vatni gefur almennt heildarrúmmál sem er ekki 1.000 L, svo lausnir eru fylltar upp að kvörðunarstriki í mælikólfi frekar en með því að bæta við mældu rúmmáli af vatni.

Fyrir sterkan rafvaka leiðir jónastyrkur af formúlunni. 0.150 mol/L CaCl₂ lausn er 0.150 mol/L í Ca²⁺ og 0.300 mol/L í Cl⁻, því hver formúlueining losar tvær klóríðjónir. Mólstyrkur breytist einnig lítillega með hitastigi, þar sem lausnir þenjast út þegar þær hitna.

Lausn útbúin úr vegnu föstu efni

Magnið sem þarf er n = c × V og massinn sem vigta skal er n × M, þar sem M er mólmassinn. Vigtaðu efnið, leystu það upp í minna vatni en lokarúmmálið, færðu það í mælikólf og skolaðu bikarglasið ofan í kólfinn, þynntu að striki og blandaðu með því að hvolfa.

Útreiknað dæmi: útbúðu 250.0 mL af 0.0800 mol/L kopar(II)súlfati úr bláum kristöllum af kopar(II)súlfat pentahýdrati, CuSO₄·5H₂O. Með stöðluðum atómmössum IUPAC námunduðum í tvo aukastafi (Cu 63.55, S 32.06, O 16.00, H 1.01) er mólmassi hýdratsins 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. Massi = 0.02000 mol × 249.71 g/mol = 4.994 g, svo vigtaðu 4.99 g af pentahýdratinu. Hver formúlueining leggur enn til eina Cu²⁺ og eina SO₄²⁻, en kristalvatnið bætist við massann sem þú vigtar. Ef þú notaðir mólmassa vatnsfría efnisins, 159.61 g/mol, og vigtaðir 3.19 g af hýdratinu yrði lausnin aðeins 0.0511 mol/L, um 36% of þunn.

Grunnlausn þynnt með C₁V₁ = C₂V₂

Að bæta við leysi breytir rúmmálinu en ekki magni uppleysta efnisins. Þar sem n = cV bæði fyrir og eftir þynningu er C₁V₁ = C₂V₂, þar sem 1 vísar til grunnlausnarinnar og 2 til þynntu lausnarinnar. Hvaða rúmmálseining sem er dugar ef bæði rúmmál nota sömu einingu, því einingarnar styttast út.

Útreiknað dæmi: þú þarft 500.0 mL af 0.360 mol/L natríumklóríði og átt 2.40 mol/L grunnlausn. V₁ = C₂V₂ ÷ C₁ = (0.360 mol/L × 500.0 mL) ÷ 2.40 mol/L = 75.0 mL. Athugun: grunnlausnin er 2.40 ÷ 0.360 = 6.67 sinnum sterkari, svo þú þarft um það bil einn sjöunda af lokarúmmálinu, og 500.0 mL ÷ 6.67 = 75.0 mL.

Mældu 75.0 mL af grunnlausn í 500-mL mælikólf og þynntu að striki. Ekki bæta einfaldlega við 425.0 mL af vatni: rúmmál lausna leggst ekki nákvæmlega saman og C₂ vísar til lokarúmmálsins. Þegar sterk sýra er þynnt skaltu bæta sýrunni í vatnið en ekki vatninu í sýruna, því varminn sem losnar getur valdið skvettum.

Efnahlutföll í lausnum: frá rúmmáli í mól og til baka

Í hvörfum milli lausna umbreytir mólstyrkur rúmmáli í mól með n = c × V. Molahlutfallið úr jöfnuðu efnajöfnunni gildir síðan nákvæmlega eins og í efnahlutfallareikningi með massa, og annar mólstyrkur umbreytir aftur í rúmmál ef þörf krefur.

Útreiknað dæmi: hvaða rúmmál af 0.125 mol/L baríumklóríði fellir út allt súlfatið úr 40.0 mL af 0.0850 mol/L natríumsúlfati og hver er massi baríumsúlfatsins sem myndast? Hrein jónajafna er Ba²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) → BaSO₄(s). n(SO₄²⁻) = 0.0850 mol/L × 0.0400 L = 3.40 × 10⁻³ mol. Hlutfallið er 1:1 og hvert BaCl₂ leggur til eina Ba²⁺, svo V = 3.40 × 10⁻³ mol ÷ 0.125 mol/L = 0.0272 L, eða 27.2 mL.

Mólmassi BaSO₄ (Ba 137.33, S 32.06, O 16.00) er 233.39 g/mol, svo massinn sem myndast er 3.40 × 10⁻³ mol × 233.39 g/mol = 0.794 g. Hvert svar hefur þrjá marktæka tölustafi, sem 0.0850 mol/L, 40.0 mL og 0.125 mol/L ákvarða.

Títrun: búretturáflestur breytt í styrk

Í títrun er lausn með þekktan styrk, títrunarvökvinn, látin renna úr búrettu í mælt rúmmál af sýni þar til hvarfinu er lokið. Jafngildispunktur er þar sem magn títrunarvökva sem bætt hefur verið við samsvarar sýninu í efnajafnaðarhlutfalli. Endapunktur er þar sem vísirinn skiptir um lit og hentugur vísir lætur þetta tvennt nánast falla saman.

Útreiknað dæmi: 20.00 mL sýni af baríumhýdroxíðlausn með óþekktan styrk þarfnast 28.36 mL af 0.1208 mol/L saltsýru til að ná endapunkti með fenólftaleíni. 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, með fjórum marktækum tölustöfum.

Stuðullinn 2 skiptir máli. Að líta á hvarfið sem 1:1 myndi gefa 0.1713 mol/L, tvöfalt raunverulegt gildi, og þess vegna á ekki að nota C₁V₁ = C₂V₂ fyrir títranir. Styrkur títrunarvökvans sjálfs er ákvarðaður fyrirfram með stöðlun, með því að títra hann gegn vegnum frumstaðli; natríumkarbónat er algengt val fyrir sýrur.

Styrkvillur og hvernig á að koma auga á þær

Flestar styrkvillur eru einingavillur eða uppsetningarvillur. Að skrifa einingar við hverja stærð og athuga að niðurstaðan færist í væntanlega átt finnur nánast þær allar.

Þynnt lausn verður að hafa minni styrk en grunnlausnin, massi sem vigtaður er fyrir hýdrat verður að vera meiri en fyrir vatnsfría saltið og rúmmál títrunarvökva ætti að vera innan marka búrettunnar. Niðurstaða sem brýtur eitthvað af þessu verðskuldar aðra skoðun.

• Að nota millilítra í n = c × V þegar c er í mol/L. Umbreyttu fyrst í lítra; mL × mol/L gefur ekki mol.
• Að nota rúmmál leysisins í stað lokarúmmáls lausnarinnar.
• Að nota mólmassa vatnsfría efnisins fyrir hýdrat.
• Að beita C₁V₁ = C₂V₂ á efnahvarf. Hún lýsir aðeins þynningu; fyrir efnahvörf skaltu fara í gegnum mól og molahlutfallið.
• Að gleyma fjölda jóna í formúlu, til dæmis að líta á 0.150 mol/L CaCl₂ sem 0.150 mol/L í Cl⁻.
• Að bæta við lokarúmmáli af vatni í stað þess að þynna upp í lokarúmmálið.