Molarite, Seyreltme ve Çözelti Stokiyometrisi

Molarite, çözeltinin litresi başına molü sayar

Molarite, miktar derişimi olarak da adlandırılır; mol cinsinden çözünen miktarının litre cinsinden çözelti hacmine bölünmesidir: c = n/V, mol/L cinsinden, çoğunlukla M olarak yazılır. 0.250 mol/L'lik bir glikoz çözeltisi, son çözeltinin her litresinde 0.250 mol glikoz içerir. Köşeli parantezler bir türün molar derişimini gösterir, örneğin [Cl⁻].

Hacim, çözücünün değil çözeltinin hacmidir. Bir çözüneni tam 1.000 L suda çözmek genellikle 1.000 L olmayan bir toplam hacim verir; bu yüzden çözeltiler, ölçülmüş bir su hacmi eklenerek değil, balon jojede kalibrasyon çizgisine tamamlanarak hazırlanır.

Kuvvetli bir elektrolit için iyon derişimleri formülden çıkar. 0.150 mol/L'lik bir CaCl₂ çözeltisi Ca²⁺ bakımından 0.150 mol/L, Cl⁻ bakımından 0.300 mol/L'dir, çünkü her formül birimi iki klorür iyonu salar. Molarite, çözeltiler ısıtıldığında genleştiği için sıcaklıkla da biraz değişir.

Tartılmış bir katıdan çözelti hazırlama

Gereken miktar n = c × V'dir ve tartılacak kütle n × M'dir; burada M molar kütledir. Katıyı tartın, son hacimden daha az suda çözün, behere dökülen suyla çalkalayarak balon jojeye aktarın, çizgiye kadar seyreltin ve ters çevirerek karıştırın.

Çözümlü örnek: bakır(II) sülfat pentahidratın, CuSO₄·5H₂O, mavi kristallerinden 250.0 mL 0.0800 mol/L bakır(II) sülfat hazırlayın. İki ondalık basamağa yuvarlanmış IUPAC standart atom kütleleriyle (Cu 63.55, S 32.06, O 16.00, H 1.01) hidratın molar kütlesi 63.55 + 32.06 + 4(16.00) + 5(18.02) = 249.71 g/mol'dür.

n = 0.0800 mol/L × 0.2500 L = 0.02000 mol. Kütle = 0.02000 mol × 249.71 g/mol = 4.994 g; bu yüzden pentahidratın 4.99 g'ını tartın. Her formül birimi yine bir Cu²⁺ ve bir SO₄²⁻ sağlar, ancak hidrat suyu tarttığınız kütleye eklenir. Susuz molar kütleyi, 159.61 g/mol, kullanıp hidratın 3.19 g'ını tartsaydınız çözelti yalnızca 0.0511 mol/L olurdu; bu da yaklaşık 36% fazla seyrelmiş demektir.

Stok çözeltiyi C₁V₁ = C₂V₂ ile seyreltme

Çözücü eklemek hacmi değiştirir ama çözünenin miktarını değiştirmez. Seyreltmeden önce ve sonra n = cV olduğundan C₁V₁ = C₂V₂'dir; burada 1 stok çözeltiyi, 2 seyreltilmiş çözeltiyi gösterir. İki hacim de aynı birimi kullanıyorsa herhangi bir hacim birimi çalışır, çünkü birimler sadeleşir.

Çözümlü örnek: 500.0 mL 0.360 mol/L sodyum klorüre ihtiyacınız var ve elinizde 2.40 mol/L'lik bir stok çözelti var. V₁ = C₂V₂ ÷ C₁ = (0.360 mol/L × 500.0 mL) ÷ 2.40 mol/L = 75.0 mL. Kontrol: stok çözelti 2.40 ÷ 0.360 = 6.67 kat derişiktir; bu yüzden son hacmin yaklaşık yedide birine ihtiyacınız vardır ve 500.0 mL ÷ 6.67 = 75.0 mL'dir.

75.0 mL stok çözeltiyi 500 mL'lik bir balon jojeye ölçün ve çizgiye kadar seyreltin. Basitçe 425.0 mL su eklemeyin: çözelti hacimleri kesin olarak toplanabilir değildir ve C₂ son hacme atıfta bulunur. Derişik bir asidi seyrelterken asidi suya ekleyin, suyu asite değil; çünkü açığa çıkan ısı sıçramaya neden olabilir.

Çözelti stokiyometrisi: hacimden mole ve geri

Çözeltiler arasındaki tepkimelerde molarite, n = c × V ile hacmi mole çevirir. Denkleştirilmiş denklemden gelen mol oranı, kütle temelli stokiyometride olduğu gibi aynen uygulanır ve gerekirse ikinci bir molarite tekrar hacme çevirir.

Çözümlü örnek: 0.125 mol/L baryum klorürün hangi hacmi, 40.0 mL 0.0850 mol/L sodyum sülfattaki sülfatın tamamını çöktürür ve ne kadar kütlede baryum sülfat oluşur? Net iyonik denklem Ba²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) → BaSO₄(s)'dir. n(SO₄²⁻) = 0.0850 mol/L × 0.0400 L = 3.40 × 10⁻³ mol. Oran 1:1'dir ve her BaCl₂ bir Ba²⁺ sağlar; bu yüzden V = 3.40 × 10⁻³ mol ÷ 0.125 mol/L = 0.0272 L, yani 27.2 mL.

BaSO₄'ün molar kütlesi (Ba 137.33, S 32.06, O 16.00) 233.39 g/mol'dür; dolayısıyla oluşan kütle 3.40 × 10⁻³ mol × 233.39 g/mol = 0.794 g'dır. Her cevap, 0.0850 mol/L, 40.0 mL ve 0.125 mol/L tarafından belirlenen üç anlamlı rakama sahiptir.

Titrasyon: bir büret okumasını derişime çevirme

Bir titrasyonda, derişimi bilinen bir çözelti olan titrant, tepkime tamamlanana kadar bir büretten ölçülmüş bir numune hacmine eklenir. Eşdeğerlik noktası, eklenen titrant miktarının stokiyometrik oranda numuneye eşit olduğu noktadır. Dönüm noktası, indikatörün renk değiştirdiği noktadır ve uygun bir indikatör ikisini neredeyse çakıştırır.

Çözümlü örnek: derişimi bilinmeyen 20.00 mL baryum hidroksit çözeltisi numunesi, fenolftalein dönüm noktasına ulaşmak için 28.36 mL 0.1208 mol/L hidroklorik asit gerektirir. 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, dört anlamlı rakamla.

2 çarpanı önemlidir. Tepkimeyi 1:1 saymak gerçek değerin iki katı olan 0.1713 mol/L verirdi; C₁V₁ = C₂V₂'nin titrasyonlar için kullanılmaması bu yüzdendir. Titrantın kendi derişimi, önceden standardizasyonla, yani tartılmış bir primer standarda karşı titre edilerek belirlenir; asitler için sodyum karbonat yaygın bir seçimdir.

Derişim hataları ve onları fark etme yolları

Derişim hatalarının çoğu birim veya kurulum hatalarıdır. Her niceliğe birim yazmak ve sonucun beklenen yönde hareket ettiğini kontrol etmek, bunların neredeyse hepsini yakalar.

Seyreltilmiş bir çözelti stoğundan daha az derişik olmalıdır, bir hidrat için tartılan kütle susuz tuz için tartılandan büyük olmalıdır ve titrant hacmi büretin aralığına düşmelidir. Bunlardan herhangi birini bozan bir sonuç ikinci bir bakışı hak eder.

• c mol/L iken n = c × V'de mililitre kullanmak. Önce litreye çevirin; mL × mol/L mol vermez.
• Çözeltinin son hacmi yerine çözücünün hacmini kullanmak.
• Bir hidrat için susuz molar kütleyi kullanmak.
• C₁V₁ = C₂V₂'yi bir tepkimeye uygulamak. Yalnızca seyreltmeyi tanımlar; tepkimeler için mol ve mol oranı üzerinden gidin.
• İyon katlılığını unutmak, örneğin 0.150 mol/L CaCl₂'yi Cl⁻ bakımından 0.150 mol/L saymak.
• Son hacme seyreltmek yerine son hacim kadar su eklemek.