Molarita, riedenie a stechiometria roztokov

Molarita počíta móly na liter roztoku

Molarita, nazývaná aj látková koncentrácia, je látkové množstvo rozpustenej látky v móloch delené objemom roztoku v litroch: c = n/V, v mol/L, často písané M. Roztok glukózy 0.250 mol/L obsahuje 0.250 mol glukózy v každom litri konečného roztoku. Hranaté zátvorky označujú molárnu koncentráciu častice, ako v [Cl⁻].

Objem je objem roztoku, nie rozpúšťadla. Rozpustenie látky v presne 1.000 L vody zvyčajne nedá celkový objem 1.000 L, preto sa roztoky doplňujú po kalibračnú značku v odmernej banke, a nie pridaním odmeraného objemu vody.

Pri silnom elektrolyte vyplývajú koncentrácie iónov zo vzorca. Roztok CaCl₂ s koncentráciou 0.150 mol/L má 0.150 mol/L Ca²⁺ a 0.300 mol/L Cl⁻, pretože každá vzorcová jednotka uvoľní dva chloridové ióny. Molarita sa tiež mierne mení s teplotou, keďže roztoky sa zahrievaním rozťahujú.

Príprava roztoku z navážennej pevnej látky

Potrebné množstvo je n = c × V a hmotnosť na navážku je n × M, kde M je molárna hmotnosť. Pevnú látku odvážte, rozpustite v menšom množstve vody, než je konečný objem, preneste do odmernej banky a kadičku vypláchnite do banky, doplňte po značku a zmiešajte prevrátením.

Riešený príklad: pripravte 250.0 mL síranu meďnatého 0.0800 mol/L z modrých kryštálov pentahydrátu síranu meďnatého, CuSO₄·5H₂O. So štandardnými atómovými hmotnosťami IUPAC zaokrúhlenými na dve desatinné miesta (Cu 63.55, S 32.06, O 16.00, H 1.01) je molárna hmotnosť hydrátu 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. Hmotnosť = 0.02000 mol × 249.71 g/mol = 4.994 g, takže odvážte 4.99 g pentahydrátu. Každá vzorcová jednotka stále dodáva jeden Cu²⁺ a jeden SO₄²⁻, ale hydratačná voda sa pripočíta k hmotnosti, ktorú vážite. Ak by ste použili molárnu hmotnosť bezvodej soli, 159.61 g/mol, a odvážili 3.19 g hydrátu, roztok by mal len 0.0511 mol/L, čo je asi o 36 % príliš zriedené.

Riedenie zásobného roztoku pomocou C₁V₁ = C₂V₂

Pridaním rozpúšťadla sa mení objem, ale nie množstvo rozpustenej látky. Keďže n = cV pred riedením aj po ňom, platí C₁V₁ = C₂V₂, kde 1 sa vzťahuje na zásobný roztok a 2 na zriedený. Funguje ľubovoľná jednotka objemu, ak oba objemy používajú tú istú, pretože sa jednotky vykrátia.

Riešený príklad: potrebujete 500.0 mL chloridu sodného 0.360 mol/L a máte zásobný roztok 2.40 mol/L. V₁ = C₂V₂ ÷ C₁ = (0.360 mol/L × 500.0 mL) ÷ 2.40 mol/L = 75.0 mL. Kontrola: zásobný roztok je 2.40 ÷ 0.360 = 6.67-krát koncentrovanejší, takže potrebujete asi jednu sedminu konečného objemu a 500.0 mL ÷ 6.67 = 75.0 mL.

Odmerajte 75.0 mL zásobného roztoku do 500-mL odmernej banky a doplňte po značku. Nepridávajte jednoducho 425.0 mL vody: objemy roztokov nie sú prísne aditívne a C₂ sa vzťahuje na konečný objem. Pri riedení koncentrovanej kyseliny pridávajte kyselinu do vody, nie vodu do kyseliny, pretože uvoľnené teplo môže spôsobiť vystrekovanie.

Stechiometria roztokov: z objemu na móly a späť

Pri reakciách medzi roztokmi molarita prevádza objem na móly cez n = c × V. Mólový pomer z vyčíslenej rovnice sa potom uplatní presne tak, ako v stechiometrii založenej na hmotnosti, a druhá molarita prevedie späť na objem, ak je to potrebné.

Riešený príklad: aký objem chloridu bárnatého 0.125 mol/L vyzráža všetok síran zo 40.0 mL síranu sodného 0.0850 mol/L a aká hmotnosť síranu bárnatého vznikne? Iónová rovnica v skrátenom tvare je Ba²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) → BaSO₄(s). n(SO₄²⁻) = 0.0850 mol/L × 0.0400 L = 3.40 × 10⁻³ mol. Pomer je 1:1 a každé BaCl₂ dodáva jeden Ba²⁺, takže V = 3.40 × 10⁻³ mol ÷ 0.125 mol/L = 0.0272 L, čiže 27.2 mL.

Molárna hmotnosť BaSO₄ (Ba 137.33, S 32.06, O 16.00) je 233.39 g/mol, takže vzniknutá hmotnosť je 3.40 × 10⁻³ mol × 233.39 g/mol = 0.794 g. Každá odpoveď má tri platné číslice, určené hodnotami 0.0850 mol/L, 40.0 mL a 0.125 mol/L.

Titrácia: premena odčítania z byrety na koncentráciu

Pri titrácii sa roztok so známou koncentráciou, titračné činidlo, pridáva z byrety k odmeranému objemu vzorky, kým reakcia nie je úplná. Bod ekvivalencie je miesto, kde množstvo pridaného titračného činidla zodpovedá vzorke v stechiometrickom pomere. Koncový bod je miesto, kde indikátor zmení farbu, a vhodný indikátor zabezpečí, že sa tieto dva body takmer zhodujú.

Riešený príklad: 20.00 mL vzorky roztoku hydroxidu bárnatého s neznámou koncentráciou vyžaduje na dosiahnutie koncového bodu s fenolftaleínom 28.36 mL kyseliny chlorovodíkovej 0.1208 mol/L. 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, na štyri platné číslice.

Faktor 2 je dôležitý. Pri považovaní reakcie za 1:1 by vyšlo 0.1713 mol/L, dvojnásobok skutočnej hodnoty, a preto sa C₁V₁ = C₂V₂ pri titráciách nemá používať. Koncentrácia samotného titračného činidla sa stanoví vopred štandardizáciou, titráciou proti navážennému primárnemu štandardu; pre kyseliny je častou voľbou uhličitan sodný.

Chyby v koncentráciách a ako ich odhaliť

Väčšina chýb v koncentráciách sú chyby v jednotkách alebo v zostavení. Písanie jednotiek ku každej veličine a kontrola, či sa výsledok posúva očakávaným smerom, zachytí takmer všetky.

Zriedený roztok musí byť menej koncentrovaný než zásobný, navážka hydrátu musí byť väčšia než navážka bezvodej soli a objem titračného činidla by mal spadať do rozsahu byrety. Výsledok, ktorý niektoré z toho porušuje, si zaslúži druhý pohľad.

• Použitie mililitrov v n = c × V s c v mol/L. Najprv previeďte na litre; mL × mol/L nedáva mol.
• Použitie objemu rozpúšťadla namiesto konečného objemu roztoku.
• Použitie molárnej hmotnosti bezvodej soli pre hydrát.
• Použitie C₁V₁ = C₂V₂ na reakciu. Opisuje iba riedenie; pri reakciách postupujte cez móly a mólový pomer.
• Zabudnutie na násobnosť iónov, napríklad považovanie CaCl₂ s koncentráciou 0.150 mol/L za 0.150 mol/L Cl⁻.
• Pridanie konečného objemu vody namiesto doplnenia na konečný objem.