Molowość — wzór, rozcieńczanie i zadania

Molowość to stężenie roztworu wyrażone w molach substancji rozpuszczonej na litr roztworu. Aby ją obliczyć, użyj wzoru $M = n/V$, przelicz końcową objętość na litry, a w razie potrzeby najpierw zamień gramy na mole.

Podstawowy wzór to

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

gdzie $M$ oznacza molowość, $n$ to liczba moli substancji rozpuszczonej, a $V$ to końcowa objętość roztworu w litrach.

Jeśli masz zapamiętać tylko jedną rzecz, zapamiętaj mianownik: molowość używa litrów roztworu, a nie litrów rozpuszczalnika. Jeśli w zadaniu jest napisane „dopełnij roztwór do $250\ \mathrm{mL}$”, to właśnie ta końcowa objętość roztworu jest potrzebna.

Co oznacza wzór na molowość

Roztwór o stężeniu $1.0\ \mathrm{M}$ zawiera $1.0$ mol substancji rozpuszczonej w $1.0$ litrze roztworu. Nie oznacza to, że dodano substancję do dokładnie $1.0$ litra wody. Po wymieszaniu liczy się końcowa objętość roztworu.

Dlatego molowość jest tak przydatna w pracy laboratoryjnej: końcową objętość roztworu można bezpośrednio zmierzyć za pomocą kolb miarowych, pipet i biuret.

Jak obliczyć molowość z moli lub gramów

Za każdym razem stosuj tę samą kolejność:

1. Wyznacz ilość substancji rozpuszczonej w molach.
2. Przelicz końcową objętość roztworu na litry.
3. Podziel liczbę moli przez litry roztworu.

Jeśli w zadaniu podano masę zamiast liczby moli, najpierw wykonaj przeliczenie:

$$n = \frac{\text{mass}}{\text{molar mass}}$$

Na przykład, jeśli znasz masę substancji rozpuszczonej w gramach i jej masę molową w $\mathrm{g/mol}$, ten krok daje liczbę moli potrzebną we wzorze na molowość.

Przykład obliczeniowy: molowość z gramów i objętości

Załóżmy, że rozpuszczono $5.84\ \mathrm{g}$ NaCl, a końcowa objętość roztworu wynosi $500\ \mathrm{mL}$. Oblicz molowość.

Najpierw przelicz gramy na mole. Korzystając z masy molowej NaCl równej około $58.44\ \mathrm{g/mol}$,

$$n = \frac{5.84}{58.44} \approx 0.100\ \mathrm{mol}$$

Teraz przelicz objętość:

$$500\ \mathrm{mL} = 0.500\ \mathrm{L}$$

Następnie zastosuj wzór na molowość:

$$M = \frac{0.100}{0.500} = 0.200\ \mathrm{mol/L}$$

Zatem roztwór ma stężenie

$$0.200\ \mathrm{M}$$

Cała ta ścieżka to schemat wielu obliczeń molowości: gramy -> mole -> litry -> molowość.

Kiedy działa wzór na rozcieńczanie

Gdy rozcieńczasz roztwór, dodajesz rozpuszczalnik, ale ilość tej samej substancji rozpuszczonej pozostaje bez zmian. W takim przypadku liczba moli przed i po rozcieńczeniu jest taka sama, co daje

$$M_1 V_1 = M_2 V_2$$

To równanie działa tylko wtedy, gdy rozcieńczana jest ta sama substancja i żadna jej ilość nie zostaje utracona ani zużyta w reakcji.

Krótki przykład

Jeśli pobierzesz $25.0\ \mathrm{mL}$ roztworu NaCl o stężeniu $1.20\ \mathrm{M}$ i rozcieńczysz go do objętości $100.0\ \mathrm{mL}$, to

$$M_2 = \frac{M_1 V_1}{V_2} = \frac{(1.20)(25.0)}{100.0} = 0.300\ \mathrm{M}$$

Stężenie maleje, ponieważ ta sama ilość substancji rozpuszczonej jest rozprowadzona w większej końcowej objętości.

Najczęstsze błędy w obliczeniach molowości

Traktowanie mililitrów tak, jakby były litrami

Jeśli podstawisz $250\ \mathrm{mL}$ do wzoru $M = n/V$ jako $250$ zamiast $0.250$, wynik będzie błędny o czynnik $1000$.

Używanie objętości rozpuszczalnika zamiast objętości roztworu

Molowość opiera się na końcowej objętości całego roztworu. Jeśli w zadaniu jest napisane „rozcieńcz do $1.00\ \mathrm{L}$”, użyj $1.00\ \mathrm{L}$.

Pomijanie przeliczenia gramów na mole

Masy nie podstawia się bezpośrednio do wzoru na molowość. Najpierw potrzebujesz liczby moli.

Używanie $M_1 V_1 = M_2 V_2$ w niewłaściwym zadaniu

Ten skrót dotyczy tylko rozcieńczania. Jeśli reakcja chemiczna zmienia ilość substancji rozpuszczonej, zamiast tego użyj moli i równania stechiometrycznego.

Gdzie molowość jest używana w chemii

Molowość pojawia się przy sporządzaniu roztworów, miareczkowaniu, rozcieńczaniu i stechiometrii roztworów. Jest szczególnie przydatna wtedy, gdy zadanie opiera się na zmierzonych objętościach.

Ponieważ molowość zależy od objętości, może się zmieniać, jeśli temperatura zmieni objętość roztworu w zauważalny sposób. W większości zadań wprowadzających ten efekt się pomija, chyba że pytanie wyraźnie na niego wskazuje.

Dwa krótkie zadania na molowość

Spróbuj rozwiązać je bez wracania do przykładu:

1. Jaką molowość ma roztwór otrzymany przez rozpuszczenie $0.250\ \mathrm{mol}$ glukozy i dopełnienie do końcowej objętości $1.00\ \mathrm{L}$?
2. Jakie będzie nowe stężenie, jeśli $50.0\ \mathrm{mL}$ roztworu o stężeniu $0.80\ \mathrm{M}$ rozcieńczysz do $200.0\ \mathrm{mL}$?

Odpowiedzi:

1. $0.250\ \mathrm{M}$
2. $0.20\ \mathrm{M}$

Spróbuj podobnego zadania

Ułóż własną wersję, zmieniając tylko jedną liczbę w przykładzie obliczeniowym, na przykład masę substancji rozpuszczonej albo końcową objętość, i rozwiąż zadanie od początku. Jeśli chcesz zobaczyć podobny przypadek, w którym ta sama logika stężenia pojawia się w reakcji, przejdź do Titration Calculations.