Моларност, разблаживање и стехиометрија раствора

Моларност броји молове по литру раствора

Моларност, која се зове и количинска концентрација, је количина растворене супстанце у молима подељена запремином раствора у литрима: c = n/V, у mol/L, често записана као M. Раствор глукозе од 0.250 mol/L садржи 0.250 mol глукозе у сваком литру коначног раствора. Угласте заграде означавају моларну концентрацију врсте, као у [Cl⁻].

Запремина је запремина раствора, а не растварача. Растварањем супстанце у тачно 1.000 L воде обично се добија укупна запремина која није 1.000 L, па се раствори допуњавају до калибрационе црте у мерној тиквици, а не додавањем одмерене запремине воде.

Код јаког електролита концентрације јона следе из формуле. Раствор CaCl₂ од 0.150 mol/L има 0.150 mol/L Ca²⁺ и 0.300 mol/L Cl⁻, јер свака формулска јединица ослобађа два хлоридна јона. Моларност се такође благо мења са температуром, јер се раствори при загревању шире.

Припрема раствора од одмерене чврсте супстанце

Потребна количина је n = c × V, а маса коју треба одмерити је n × M, где је M моларна маса. Одмерите чврсту супстанцу, растворите је у мање воде од коначне запремине, пренесите је у мерну тиквицу испирући чашу у тиквицу, допуните до црте и промешајте превртањем.

Решени пример: припремите 250.0 mL бакар(II)-сулфата од 0.0800 mol/L од плавих кристала бакар(II)-сулфат-пентахидрата, CuSO₄·5H₂O. Са IUPAC стандардним атомским тежинама заокруженим на две децимале (Cu 63.55, S 32.06, O 16.00, H 1.01), моларна маса хидрата је 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. Маса = 0.02000 mol × 249.71 g/mol = 4.994 g, па одмерите 4.99 g пентахидрата. Свака формулска јединица и даље даје један Cu²⁺ и један SO₄²⁻, али кристална вода доприноси маси коју мерите. Да сте користили моларну масу безводне соли, 159.61 g/mol, и одмерили 3.19 g хидрата, раствор би био само 0.0511 mol/L, око 36% превише разблажен.

Разблаживање основног раствора помоћу C₁V₁ = C₂V₂

Додавање растварача мења запремину, али не и количину растворене супстанце. Пошто је n = cV и пре и после разблаживања, C₁V₁ = C₂V₂, где се 1 односи на основни раствор, а 2 на разблажени. Свака јединица запремине ради ако обе запремине користе исту, јер се јединице скраћују.

Решени пример: потребно вам је 500.0 mL натријум-хлорида од 0.360 mol/L, а имате основни раствор од 2.40 mol/L. V₁ = C₂V₂ ÷ C₁ = (0.360 mol/L × 500.0 mL) ÷ 2.40 mol/L = 75.0 mL. Провера: основни раствор је 2.40 ÷ 0.360 = 6.67 пута концентрованији, па вам треба око једне седмине коначне запремине, а 500.0 mL ÷ 6.67 = 75.0 mL.

Одмерите 75.0 mL основног раствора у мерну тиквицу од 500 mL и допуните до црте. Немојте једноставно додати 425.0 mL воде: запремине раствора нису строго адитивне, а C₂ се односи на коначну запремину. Када разблажујете концентровану киселину, додајте киселину у воду, а не воду у киселину, јер ослобођена топлота може изазвати прскање.

Стехиометрија раствора: од запремине до молова и назад

У реакцијама између раствора, моларност претвара запремину у молове преко n = c × V. Молски однос из уравнотежене једначине тада се примењује потпуно исто као у стехиометрији заснованој на маси, а друга моларност претвара назад у запремину ако је потребно.

Решени пример: која запремина баријум-хлорида од 0.125 mol/L таложи сав сулфат из 40.0 mL натријум-сулфата од 0.0850 mol/L и каква маса баријум-сулфата настаје? Нето јонска једначина је Ba²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) → BaSO₄(s). n(SO₄²⁻) = 0.0850 mol/L × 0.0400 L = 3.40 × 10⁻³ mol. Однос је 1:1, а сваки BaCl₂ даје један Ba²⁺, па је V = 3.40 × 10⁻³ mol ÷ 0.125 mol/L = 0.0272 L, или 27.2 mL.

Моларна маса BaSO₄ (Ba 137.33, S 32.06, O 16.00) је 233.39 g/mol, па је настала маса 3.40 × 10⁻³ mol × 233.39 g/mol = 0.794 g. Сваки одговор има три значајне цифре, одређене вредностима 0.0850 mol/L, 40.0 mL и 0.125 mol/L.

Титрација: претварање очитавања бирете у концентрацију

У титрацији се раствор познате концентрације, титрант, из бирете додаје у одмерену запремину узорка док реакција не буде завршена. Тачка еквиваленције је тамо где количина додатог титранта одговара узорку у стехиометријском односу. Крајња тачка је тамо где индикатор мења боју, а погодан индикатор чини да се те две тачке скоро поклапају.

Решени пример: узорак раствора баријум-хидроксида непознате концентрације од 20.00 mL захтева 28.36 mL хлороводоничне киселине од 0.1208 mol/L да би се достигла крајња тачка са фенолфталеином. 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, на четири значајне цифре.

Фактор 2 је битан. Третирање реакције као 1:1 дало би 0.1713 mol/L, двоструко од праве вредности, због чега се C₁V₁ = C₂V₂ не сме користити за титрације. Сопствена концентрација титранта утврђује се унапред стандардизацијом, титрацијом према одмереном примарном стандарду; натријум-карбонат је уобичајен избор за киселине.

Грешке у концентрацији и како их уочити

Већина грешака у концентрацији су грешке у јединицама или постављању. Писање јединица уз сваку величину и провера да ли се резултат креће у очекиваном смеру хвата готово све.

Разблажени раствор мора бити мање концентрован од основног, маса одмерена за хидрат мора бити већа него за безводну со, а запремина титранта треба да буде у опсегу бирете. Резултат који крши било шта од тога заслужује други поглед.

• Коришћење милилитара у n = c × V са c у mol/L. Прво претворите у литре; mL × mol/L не даје mol.
• Коришћење запремине растварача уместо коначне запремине раствора.
• Коришћење моларне масе безводне соли за хидрат.
• Примена C₁V₁ = C₂V₂ на реакцију. Она описује само разблаживање; за реакције идите преко молова и молског односа.
• Заборављање вишеструкости јона, на пример третирање CaCl₂ од 0.150 mol/L као 0.150 mol/L Cl⁻.
• Додавање коначне запремине воде уместо разблаживања до коначне запремине.