მოლარობა, გაზავება და ხსნარების სტექიომეტრია

მოლარობა ითვლის მოლებს ხსნარის ლიტრზე

მოლარობა, რომელსაც რაოდენობრივ კონცენტრაციასაც უწოდებენ, არის გახსნილი ნივთიერების რაოდენობა მოლებში, გაყოფილი ხსნარის მოცულობაზე ლიტრებში: c = n/V, mol/L-ში, ხშირად იწერება როგორც M. 0.250 mol/L გლუკოზის ხსნარი საბოლოო ხსნარის ყოველ ლიტრში 0.250 mol გლუკოზას შეიცავს. კვადრატული ფრჩხილები აღნიშნავს სახეობის მოლურ კონცენტრაციას, როგორც [Cl⁻]-ში.

მოცულობა ხსნარის მოცულობაა და არა გამხსნელისა. ნივთიერების ზუსტად 1.000 L წყალში გახსნა ჩვეულებრივ ისეთ საერთო მოცულობას იძლევა, რომელიც 1.000 L არ არის, ამიტომ ხსნარები საზომ კოლბაში კალიბრაციის ნიშნულამდე მზადდება და არა წყლის გაზომილი მოცულობის დამატებით.

ძლიერი ელექტროლიტისთვის იონების კონცენტრაციები ფორმულიდან გამომდინარეობს. 0.150 mol/L CaCl₂ ხსნარი არის 0.150 mol/L Ca²⁺-ით და 0.300 mol/L Cl⁻-ით, რადგან თითოეული ფორმულური ერთეული ორ ქლორიდის იონს გამოყოფს. მოლარობა ტემპერატურასთან ერთადაც ოდნავ იცვლება, რადგან გაცხელებისას ხსნარები ფართოვდება.

ხსნარის მომზადება აწონილი მყარი ნივთიერებიდან

საჭირო რაოდენობაა n = c × V, ხოლო აწონილი მასაა n × M, სადაც M მოლური მასაა. აწონეთ მყარი ნივთიერება, გახსენით საბოლოო მოცულობაზე ნაკლებ წყალში, გადაიტანეთ საზომ კოლბაში ჭიქის კოლბაში ჩამორეცხვით, შეავსეთ ნიშნულამდე და შეურიეთ გადაბრუნებით.

გადაწყვეტილი მაგალითი: მოამზადეთ 250.0 mL 0.0800 mol/L სპილენძის(II) სულფატი სპილენძის(II) სულფატის პენტაჰიდრატის, CuSO₄·5H₂O, ლურჯი კრისტალებისგან. IUPAC-ის სტანდარტული ატომური მასებით, ორ ათობით თანრიგამდე დამრგვალებულით (Cu 63.55, S 32.06, O 16.00, H 1.01), ჰიდრატის მოლური მასაა 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. მასა = 0.02000 mol × 249.71 g/mol = 4.994 g, ამიტომ აწონეთ 4.99 g პენტაჰიდრატი. თითოეული ფორმულური ერთეული მაინც ერთ Cu²⁺-ს და ერთ SO₄²⁻-ს იძლევა, მაგრამ ჰიდრატაციის წყალი აწონილ მასას ემატება. თუ უწყლო მოლურ მასას, 159.61 g/mol, გამოიყენებდით და ჰიდრატის 3.19 g-ს აწონიდით, ხსნარი მხოლოდ 0.0511 mol/L იქნებოდა, დაახლოებით 36%-ით ზედმეტად გაზავებული.

საწყისი ხსნარის გაზავება C₁V₁ = C₂V₂-ით

გამხსნელის დამატება მოცულობას ცვლის და არა გახსნილი ნივთიერების რაოდენობას. რადგან n = cV გაზავებამდეც და მის შემდეგაც, C₁V₁ = C₂V₂, სადაც 1 საწყის ხსნარს ეხება, 2 კი გაზავებულს. ნებისმიერი მოცულობის ერთეული გამოდგება, თუ ორივე მოცულობა ერთსა და იმავეს იყენებს, რადგან ერთეულები მცირდება.

გადაწყვეტილი მაგალითი: გჭირდებათ 500.0 mL 0.360 mol/L ნატრიუმის ქლორიდი და გაქვთ 2.40 mol/L საწყისი ხსნარი. V₁ = C₂V₂ ÷ C₁ = (0.360 mol/L × 500.0 mL) ÷ 2.40 mol/L = 75.0 mL. შემოწმება: საწყისი ხსნარი 2.40 ÷ 0.360 = 6.67-ჯერ უფრო კონცენტრირებულია, ამიტომ საბოლოო მოცულობის დაახლოებით ერთი მეშვიდედი გჭირდებათ და 500.0 mL ÷ 6.67 = 75.0 mL.

გაზომეთ 75.0 mL საწყისი ხსნარი 500-mL საზომ კოლბაში და შეავსეთ ნიშნულამდე. უბრალოდ ნუ დაამატებთ 425.0 mL წყალს: ხსნარების მოცულობები მკაცრად არ ჯამდება, ხოლო C₂ საბოლოო მოცულობას ეხება. კონცენტრირებული მჟავას გაზავებისას მჟავა დაამატეთ წყალში და არა წყალი მჟავაში, რადგან გამოყოფილმა სითბომ შეიძლება შხეფები გამოიწვიოს.

ხსნარების სტექიომეტრია: მოცულობიდან მოლებზე და უკან

ხსნარებს შორის რეაქციებში მოლარობა მოცულობას მოლებად აქცევს n = c × V-ით. გატოლებული განტოლებიდან მიღებული მოლური შეფარდება შემდეგ ზუსტად ისე გამოიყენება, როგორც მასებზე დაფუძნებულ სტექიომეტრიაში, ხოლო მეორე მოლარობა საჭიროების შემთხვევაში უკან მოცულობად გადაიყვანს.

გადაწყვეტილი მაგალითი: 0.125 mol/L ბარიუმის ქლორიდის რა მოცულობა გამოყოფს ნალექად მთელ სულფატს 40.0 mL 0.0850 mol/L ნატრიუმის სულფატიდან და ბარიუმის სულფატის რა მასა წარმოიქმნება? წმინდა იონური განტოლებაა Ba²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) → BaSO₄(s). n(SO₄²⁻) = 0.0850 mol/L × 0.0400 L = 3.40 × 10⁻³ mol. შეფარდება 1:1-ია და თითოეული BaCl₂ ერთ Ba²⁺-ს იძლევა, ამიტომ V = 3.40 × 10⁻³ mol ÷ 0.125 mol/L = 0.0272 L, ანუ 27.2 mL.

BaSO₄-ის მოლური მასა (Ba 137.33, S 32.06, O 16.00) არის 233.39 g/mol, ამიტომ წარმოქმნილი მასაა 3.40 × 10⁻³ mol × 233.39 g/mol = 0.794 g. თითოეულ პასუხს სამი მნიშვნელოვანი ციფრი აქვს, რასაც 0.0850 mol/L, 40.0 mL და 0.125 mol/L განსაზღვრავს.

ტიტრება: ბიურეტის ჩვენების კონცენტრაციად გადაქცევა

ტიტრებისას ცნობილი კონცენტრაციის ხსნარი, ტიტრანტი, ბიურეტიდან ემატება ნიმუშის გაზომილ მოცულობას, სანამ რეაქცია არ დასრულდება. ეკვივალენტობის წერტილი არის ის წერტილი, სადაც დამატებული ტიტრანტის რაოდენობა სტექიომეტრიული შეფარდებით ნიმუშს ემთხვევა. ბოლო წერტილი არის ის, სადაც ინდიკატორი ფერს იცვლებს, ხოლო შესაფერისი ინდიკატორი ამ ორს თითქმის აახლოებს.

გადაწყვეტილი მაგალითი: უცნობი კონცენტრაციის ბარიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარის 20.00 mL ნიმუშს ფენოლფტალეინის ბოლო წერტილამდე მისასვლელად 28.36 mL 0.1208 mol/L მარილმჟავა სჭირდება. 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, ოთხი მნიშვნელოვანი ციფრით.

2-ის ფაქტორს მნიშვნელობა აქვს. რეაქციის 1:1-ად მიჩნევა 0.1713 mol/L-ს მოგვცემდა, ჭეშმარიტი მნიშვნელობის ორჯერადს, რის გამოც C₁V₁ = C₂V₂ ტიტრებისთვის არ უნდა გამოვიყენოთ. ტიტრანტის საკუთარი კონცენტრაცია წინასწარ სტანდარტიზაციით დგინდება, აწონილი პირველადი სტანდარტის წინააღმდეგ ტიტრებით; ნატრიუმის კარბონატი მჟავებისთვის გავრცელებული არჩევანია.

კონცენტრაციის შეცდომები და მათი შემჩნევა

კონცენტრაციის შეცდომების უმეტესობა ერთეულების ან დაყენების შეცდომებია. ერთეულების ყოველ სიდიდეზე ჩაწერა და შემოწმება, რომ შედეგი მოსალოდნელი მიმართულებით მიდის, თითქმის ყველა მათგანს ამჩნევს.

გაზავებული ხსნარი საწყის ხსნარზე ნაკლებად კონცენტრირებული უნდა იყოს, ჰიდრატისთვის აწონილი მასა უნდა იყოს უწყლო მარილისას მეტი, ხოლო ტიტრანტის მოცულობა ბიურეტის დიაპაზონში უნდა ჯდებოდეს. შედეგს, რომელიც რომელიმეს არღვევს, მეორედ დახედვა ეკუთვნის.

• მილილიტრების გამოყენება n = c × V-ში, როცა c mol/L-შია. ჯერ ლიტრებში გადაიყვანეთ; mL × mol/L არ იძლევა mol-ს.
• საბოლოო მოცულობის ნაცვლად გამხსნელის მოცულობის გამოყენება.
• ჰიდრატისთვის უწყლო მოლური მასის გამოყენება.
• C₁V₁ = C₂V₂-ის რეაქციაზე გამოყენება. ის მხოლოდ გაზავებას აღწერს; რეაქციებისთვის გაიარეთ მოლებზე და მოლურ შეფარდებაზე.
• იონების ჯერადობის დავიწყება, მაგალითად 0.150 mol/L CaCl₂-ის 0.150 mol/L-ად ჩათვლა Cl⁻-ში.
• წყლის საბოლოო მოცულობის დამატება საბოლოო მოცულობამდე გაზავების ნაცვლად.