Mol i molarność — wzory i obliczenia

Mol określa ilość substancji. Molarność określa, ile moli substancji rozpuszczonej przypada na litr roztworu. W większości zadań z chemii najpierw przechodzi się od masy do moli, a potem od moli do stężenia.

Dwa wzory, których będziesz używać najczęściej, to

$$n = \frac{m}{M_\mathrm{m}}$$

oraz

$$M = \frac{n}{V}$$

Tutaj $n$ oznacza ilość substancji w molach, $m$ to masa, $M_\mathrm{m}$ to masa molowa, $M$ to molarność, a $V$ to końcowa objętość roztworu w litrach.

Jeśli masz zapamiętać tylko jedną różnicę, to tę: mol opisuje ilość substancji, a molarność opisuje ilość substancji na litr roztworu.

Co oznacza mol

Mol to chemiczna jednostka służąca do zliczania cząstek. Jeden mol zawiera dokładnie $6.02214076 \times 10^{23}$ określonych cząstek, ale w większości prostych zadań nie liczy się cząstek bezpośrednio. Zwykle zaczynasz od masy, przeliczasz ją na mole, a potem używasz moli w następnym kroku.

Dlatego mol działa jak jednostka pośrednia. Łączy masę, liczbę cząstek, wzory gazowe i stężenie roztworu.

Co oznacza molarność w chemii

Molarność to stężenie roztworu wyrażone w molach substancji rozpuszczonej na litr roztworu:

$$M = \frac{n}{V}$$

Roztwór chlorku sodu o stężeniu $0.50\ \mathrm{M}$ zawiera $0.50$ mola $\mathrm{NaCl}$ w każdym $1.00\ \mathrm{L}$ roztworu. Słowa „roztworu” są tu ważne. Molarność opiera się na końcowej objętości po zmieszaniu, a nie na ilości wody, od której zaczynasz.

Jak mol i molarność działają razem

Gdy w zadaniu podana jest masa i trzeba obliczyć molarność, typowa ścieżka wygląda tak:

$$\text{gramy} \rightarrow \text{mole} \rightarrow \text{molarność}$$

Najpierw przelicz gramy na mole:

$$n = \frac{m}{M_\mathrm{m}}$$

Następnie użyj tych moli we wzorze na molarność:

$$M = \frac{n}{V}$$

Jeśli zadanie działa w przeciwnym kierunku, możesz przekształcić tę samą definicję:

$$n = MV$$

To działa tylko wtedy, gdy $V$ jest podane w litrach, a molarność odnosi się do tej samej substancji rozpuszczonej w tym samym roztworze.

Przykład: przeliczanie gramów na molarność

Załóżmy, że rozpuszczono $9.00\ \mathrm{g}$ glukozy, $\mathrm{C_6H_{12}O_6}$, a końcowa objętość roztworu wynosi $250\ \mathrm{mL}$. Jaka jest molarność?

Krok 1: Oblicz masę molową

Dla glukozy:

$$M_\mathrm{m} \approx 6(12.01) + 12(1.008) + 6(16.00) \approx 180.16\ \mathrm{g/mol}$$

Krok 2: Przelicz gramy na mole

$$n = \frac{9.00}{180.16} \approx 0.0499\ \mathrm{mol}$$

Krok 3: Przelicz objętość na litry

$$250\ \mathrm{mL} = 0.250\ \mathrm{L}$$

Krok 4: Oblicz molarność

$$M = \frac{0.0499}{0.250} \approx 0.200\ \mathrm{mol/L}$$

Zatem stężenie roztworu wynosi

$$0.200\ \mathrm{M}$$

Najważniejsza jest tu logika: użyj masy molowej, aby obliczyć liczbę moli, a następnie podziel przez liczbę litrów roztworu.

Typowe błędy w zadaniach o molach i molarności

Podstawianie gramów bezpośrednio do wzoru na molarność

Wzór na molarność wymaga moli, a nie gramów. Jeśli podana jest masa, najpierw przelicz ją ze wzoru $n = m / M_\mathrm{m}$.

Traktowanie mililitrów tak, jakby były litrami

$500\ \mathrm{mL}$ to $0.500\ \mathrm{L}$, a nie $500\ \mathrm{L}$. To jeden z najszybszych sposobów, by pomylić się o czynnik $1000$.

Używanie objętości rozpuszczalnika zamiast objętości roztworu

Jeśli w zadaniu jest napisane „dopełnij roztwór do objętości $250\ \mathrm{mL}$”, użyj $250\ \mathrm{mL}$ jako objętości końcowej. Nie zakładaj, że początkowa objętość wody jest taka sama.

Użycie niewłaściwej masy molowej

Masa molowa musi odpowiadać całemu wzorowi chemicznemu. Na przykład masa molowa $\mathrm{NaCl}$ nie jest taka sama jak masa molowa samego sodu.

Kiedy chemicy używają moli i molarności

Tych pojęć używa się zawsze wtedy, gdy chemia przechodzi od pytania „co to za substancja?” do „ile jej jest?” albo „jakie jest stężenie roztworu?”. Pojawiają się przy przygotowywaniu roztworów, w stechiometrii, miareczkowaniu i w rutynowych obliczeniach laboratoryjnych.

Jeśli temperatura zmienia się na tyle, że zauważalnie zmienia objętość roztworu, molarność także może się zmienić. To ważne, ponieważ molarność zależy od objętości.

Spróbuj podobnego zadania o molach i molarności

Spróbuj samodzielnie rozwiązać wersję z $5.84\ \mathrm{g}$ $\mathrm{NaCl}$ dopełnionego do $500\ \mathrm{mL}$ roztworu. Najpierw oblicz liczbę moli, potem molarność i przed ostatnim krokiem sprawdź, czy objętość jest podana w litrach.