Obliczanie stężenia molowego roztworu sprawia Ci trudności? Nie martw się. W tym artykule wyjaśnimy, jak to zrobić krok po kroku! Dowiesz się również, jaka jest jednostka stężenia molowego i poznasz prawidłowy wzór na cm.
Podstawowe informacje o stężeniu molowym
W laboratorium chemicznym można spotkać się z pojęciem stężenia molowego, jednak żeby zrozumieć sens posługiwania się tym stężeniem, na początku należy przyswoić pojęcie mola. Mol jest jednostką liczności materii, określa on, ile cząsteczek danej substancji znajduje się w danej wielkości fizycznej (gramie, litrze). Na 1 mol substancji przypada 6,02 * 1023 jej cząsteczek – to ogromna, niewyobrażalna liczba. Żeby jednak lepiej zobrazować te abstrakcyjne pojęcie, posłużmy się przykładem – każdy z pierwiastków ma swoją określoną masę, ta masa składa się następnie na masę cząsteczek zbudowanych z tych pierwiastków.
Masa molowa cząsteczki wody
Przyjrzyjmy się więc dwóm pierwiastkom – wodorowi, oznaczonemu w układzie okresowym symbolem H, oraz tlenowi o symbolu O. Wodór ma masę atomową równą (w przybliżeniu) 1, wynika to z tego, że jego atom składa się z jednego protonu i niczego poza nim, natomiast masa tlenu wynosi 16. Masa molowa danej cząsteczki równa jest masie atomowej pierwiastków składających się na tę cząsteczkę, dlatego masa molowa wody, na którą składają się dwa atomy wodoru i jeden atom tlenu wynosi 18 g/mol. Jednostką masy molowej jest [gram/mol], a informacja, jaką niesie ze sobą ta wartość, mówi nam, że w 18 gramach wody znajduje się dokładnie 6,02*1023 cząsteczek wody. Pomyśl, jak małe muszą być to struktury. Masa molowa cząsteczki tlenu (O2) w powietrzu wynosi 32 g/mol, a cząsteczki azotu (N2) 28 g/mol, natomiast alkoholu etylowego 46 g/mol i w każdym z tych przypadków liczba cząsteczek w jednym molu jest taka sama, tyle że rozłożona jest ona w innej masie, zależnej od masy molowej danej substancji.
Oblicz stężenie molowe – krok po kroku
Wiesz już, czym jest mol, dlatego możemy przejść do stężenia molowego. Stężenie molowe określa ilość moli substancji rozpuszczonej w jednym litrze rozpuszczalnika. Jednostką stężenia molowego jest [mol/dm3]. Żeby obliczyć stężenie molowe, musimy znać ilość moli substancji rozpuszczonej oraz objętość rozpuszczalnika użytego do otrzymania roztworu, następnie podzielić wartość ilości moli przez objętość rozpuszczalnika. Należy pamiętać, żeby ilość moli danej substancji przeliczać z gramów, natomiast objętość rozpuszczalnika wyrażać w dm3 – czyli litrach. Można również skorzystać ze wzoru na stężenie molowe, który wygląda następująco:
Cm = n/V [mol/dm3]
Gdzie Cm oznacza stężenie molowe, n to ilość moli, a V – objętość rozpuszczalnika wyrażona w litrach.
Stężenie molowe – zadania
Na butelkach z roztworami można znaleźć takie oznaczenia jak: 1M, 2M czy 7M. Należy czytać je następująco: 2M to dwumolowy roztwór substancji, co oznacza, że na 1 litr rozpuszczalnika przypadają 2 mole substancji rozpuszczonej. Analogicznie 1M i 7M to kolejno 1 mol i 7 moli substancji rozpuszczonej w 1 litrze rozpuszczalnika.
Przykład A: Jakie stężenie molowe będzie miał roztwór 60 g wodorotlenku sodu (NaOH) rozpuszczonego w 500 ml wody?
- Określamy masę molową wodorotlenku sodu.
masa sodu = 23 g/mol
masa tlenu = 16 g/mol
masa wodoru = 1 g/mol
Sumując te wartości, otrzymujemy 40, więc masa molowa NaOH wynosi 40 g/mol, a to oznacza, że 1 mol NaOH „waży” 40 g.
a) Ustalamy ilość moli w zadanej masie substancji rozpuszczonej.
Jeśli 40 g wodorotlenku to 1 mol, to 60 g wodorotlenku jest naszą niewiadomą.
40 g – 1 mol
60 g – x mol
x = (60 g x 1 mol)/40 g
x = 1,5 mol
b) Wiemy już, ile moli znajduje się w 60 g NaOH, lecz co z objętością rozpuszczalnika? Musimy zamienić mililitry na litry.
1 litr – 1000 ml
x – 500 ml
x = 0,5 litra
c) Kiedy znamy już ilość moli substancji rozpuszczonej [n] oraz objętość rozpuszczalnika wyrażoną w litrach [V], podstawiamy te wartości do wzoru na cm.
Cm = n/V [mol/dm3]
Cm = 1,5 mol/0,5 dm3
Cm = 3 mol/dm3
Takim sposobem poznaliśmy stężenie molowe przygotowanego roztworu.
Przykład B: Ile gramów jodku miedzi (I) znajduje się w 600 ml 1,4M wodnego roztworu tej soli?
a) Obliczamy masę molową jodku miedzi (I) o wzorze CuI:
M Cu = 64 g/mol
M I = 127 g/mol
M CuI = 64 + 127 = 191 g/mol
b) Wyliczamy ilość moli jodku miedzi (I) w roztworze przekształcając wzór:
Cm = n/V / obie strony * V,
otrzymujemy:
Cm* V = n
600 ml = 0,6 dm3
1,4 * 0,6 = 0,84 [(mol/dm3) * dm3 = mol]
n = 0,84 mol
c) Znając ilość moli soli, wyliczamy jej masę:
191 g/mol * 0,84 mol = 160,44 g
W roztworze znajduje się 160,44 g jodku miedzi (I)
Przykład C: W jakiej objętości wody rozpuszczono 300 g kwasu fosforowego (V), jeżeli roztwór ma stężenie 2,3 mol/dm3?
a) Obliczamy masę molową kwasu:
Kwas fosforowy (V) ma wzór H3PO4
Wiedząc, że: masa molowa wodoru (H) = 1 g/mol,
masa molowa fosforu (P) = 31 g/mol,
masa molowa tlenu (O) = 16 g/mol,
możemy policzyć, że masa molowa H3PO4 = 98 g/mol.
b) Obliczamy, ile moli kwasu znajduje się w masie 300 g:
98 g - 1 mol
300 g - x mol
x = (300 g * 1mol)/98 g
x = 3,06 mol
W 300 g znajduje się 3,06 mola kwasu fosforowego (V).
c) Znając stężenie molowe roztworu, możemy wyliczyć jego objętość:
Cm = n/V
V = n/Cm
V = 3,06 mol / 2,3 mol/dm3
V = 1,33 dm3
2,3 molowy roztwór zawierający 300 g kwasu fosforowego (V) ma objętość 1,33 dm3.
Praktyczne zastosowanie obliczeń stężenia molowego
W tym artykule szczegółowo omówiliśmy, jak obliczać stężenie molowe roztworu, krok po kroku. Znasz już podstawowe pojęcia takie jak mol, który jest jednostką liczności materii, oraz masa molowa, która określa masę jednego mola danej substancji. Korzystając z przykładu, obliczyliśmy wspólnie masę molową wody, a następnie przedstawiliśmy, jak obliczyć stężenie molowe za pomocą wzoru Cm = n/V, gdzie Cm to stężenie molowe, n to ilość moli, a V – objętość roztworu w litrach.
Mamy nadzieję, że dzięki temu artykułowi obliczanie stężenia molowego stanie się dla Ciebie prostsze i bardziej zrozumiałe. Przedstawione wyjaśnienia i przykłady mają na celu ułatwienie zrozumienia, czym jest stężenie molowe i zastosowania go w praktyce laboratoryjnej.