โมลและโมลาริตี — สูตรและการคำนวณ

โมลใช้วัดปริมาณสาร ส่วนโมลาริตีใช้วัดว่ามีตัวถูกละลายกี่โมลต่อสารละลาย 1 ลิตร ในโจทย์เคมีส่วนใหญ่ คุณจะเปลี่ยนจากมวลเป็นโมลก่อน แล้วจึงเปลี่ยนจากโมลเป็นความเข้มข้น

สูตรสองสูตรที่ใช้บ่อยที่สุดคือ

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

และ

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

โดยที่ $n$ คือปริมาณเป็นโมล, $m$ คือมวล, $M_\mathrm{m}$ คือมวลโมลาร์, $M$ คือโมลาริตี และ $V$ คือปริมาตรสุดท้ายของสารละลายในหน่วยลิตร

ถ้าจะจำความแตกต่างเพียงอย่างเดียว ให้จำข้อนี้ไว้: โมลบอกปริมาณ ส่วนโมลาริตีบอกปริมาณต่อสารละลาย 1 ลิตร

โมลหมายถึงอะไร

โมลเป็นหน่วยนับอนุภาคในวิชาเคมี 1 โมลมีอนุภาคที่กำหนดไว้อย่างแน่นอนเท่ากับ $6.02214076 \times 10^{23}$ อนุภาค แต่ในโจทย์พื้นฐานส่วนใหญ่ คุณไม่ได้เริ่มจากการนับอนุภาคโดยตรง คุณมักเริ่มจากมวล แปลงเป็นโมล แล้วจึงใช้ค่าโมลนั้นในขั้นตอนถัดไป

นั่นจึงทำให้โมลเป็นเหมือนหน่วยเชื่อมกลาง มันเชื่อมระหว่างมวล จำนวนอนุภาค สูตรของแก๊ส และความเข้มข้นของสารละลาย

โมลาริตีในเคมีหมายถึงอะไร

โมลาริตีคือความเข้มข้นของสารละลายในหน่วยโมลของตัวถูกละลายต่อสารละลาย 1 ลิตร:

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

สารละลายโซเดียมคลอไรด์ $0.50\ \mathrm{M}$ มี $\mathrm{NaCl}$ อยู่ $0.50$ โมลในสารละลายทุก ๆ $1.00\ \mathrm{L}$ คำว่า "ของสารละลาย" สำคัญมาก โมลาริตีอิงจากปริมาตรสุดท้ายหลังผสมแล้ว ไม่ใช่ปริมาณน้ำที่คุณเริ่มต้นใช้

โมลและโมลาริตีทำงานร่วมกันอย่างไร

เมื่อโจทย์ให้มวลมาและถามหาโมลาริตี เส้นทางปกติคือ:

$$\text{กรัม} \rightarrow \text{โมล} \rightarrow \text{โมลาริตี}$$

ขั้นแรก แปลงกรัมเป็นโมล:

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

จากนั้นนำจำนวนโมลนั้นไปใช้ในสูตรโมลาริตี:

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

ถ้าโจทย์ทำย้อนกลับกัน คุณก็สามารถจัดรูปจากนิยามเดิมได้เป็น:

$$n = MV$$

วิธีนี้ใช้ได้ก็ต่อเมื่อ $V$ อยู่ในหน่วยลิตร และค่าโมลาริตีอ้างถึงตัวถูกละลายชนิดเดียวกันในสารละลายเดียวกัน

ตัวอย่างทำโจทย์: แปลงกรัมเป็นโมลาริตี

สมมติว่ามีกลูโคส $\mathrm{C_6H_{12}O_6}$ มวล $9.00\ \mathrm{g}$ ละลายอยู่ และปริมาตรสุดท้ายของสารละลายคือ $250\ \mathrm{mL}$ โมลาริตีเป็นเท่าใด

ขั้นที่ 1: หามวลโมลาร์

สำหรับกลูโคส

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

ขั้นที่ 2: แปลงกรัมเป็นโมล

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

ขั้นที่ 3: แปลงปริมาตรเป็นลิตร

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

ขั้นที่ 4: คำนวณโมลาริตี

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

ดังนั้นความเข้มข้นของสารละลายคือ

$$0.200\ \mathrm{M}$$

ใจความสำคัญอยู่ที่ลำดับเหตุผล: ใช้มวลโมลาร์เพื่อหาโมล แล้วหารด้วยจำนวนลิตรของสารละลาย

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยในโจทย์โมลและโมลาริตี

ใช้กรัมแทนในสูตรโมลาริตีโดยตรง

สูตรโมลาริตีต้องใช้โมล ไม่ใช่กรัม ถ้าโจทย์ให้มวลมา ต้องแปลงก่อนด้วย $n = m / M_\mathrm{m}$

ใช้มิลลิลิตรเหมือนเป็นลิตร

$500\ \mathrm{mL}$ คือ $0.500\ \mathrm{L}$ ไม่ใช่ $500\ \mathrm{L}$ นี่เป็นหนึ่งในวิธีที่ทำให้คำตอบผิดไปด้วยตัวคูณ $1000$ ได้เร็วที่สุด

ใช้ปริมาตรของตัวทำละลายแทนปริมาตรของสารละลาย

ถ้าโจทย์บอกว่า "ปรับปริมาตรสารละลายให้ได้ $250\ \mathrm{mL}$" ให้ใช้ $250\ \mathrm{mL}$ เป็นปริมาตรสุดท้าย อย่าสมมติว่าปริมาตรน้ำตั้งต้นจะเท่ากัน

ใช้มวลโมลาร์ผิด

มวลโมลาร์ต้องตรงกับสูตรเคมีเต็มของสาร ตัวอย่างเช่น มวลโมลาร์ของ $\mathrm{NaCl}$ ไม่ใช่มวลโมลาร์ของโซเดียมเพียงอย่างเดียว

นักเคมีใช้โมลและโมลาริตีเมื่อใด

คุณจะใช้แนวคิดเหล่านี้ทุกครั้งที่เคมีเปลี่ยนจากคำถามว่า "นี่คือสารอะไร" ไปเป็น "มีอยู่เท่าไร" หรือ "สารละลายเข้มข้นแค่ไหน" แนวคิดนี้พบได้ในการเตรียมสารละลาย สโตอิชิโอเมทรี การไทเทรต และการคำนวณในห้องปฏิบัติการทั่วไป

ถ้าอุณหภูมิเปลี่ยนมากพอจนทำให้ปริมาตรของสารละลายเปลี่ยนอย่างเห็นได้ชัด โมลาริตีก็อาจเปลี่ยนตามได้เช่นกัน เงื่อนไขนี้สำคัญเพราะโมลาริตีขึ้นอยู่กับปริมาตร

ลองทำโจทย์โมลและโมลาริตีที่คล้ายกัน

ลองทำโจทย์ของคุณเองโดยใช้ $\mathrm{NaCl}$ มวล $5.84\ \mathrm{g}$ ปรับปริมาตรเป็นสารละลาย $500\ \mathrm{mL}$ ขั้นแรกหาโมล จากนั้นคำนวณโมลาริตี และตรวจสอบให้แน่ใจว่าปริมาตรอยู่ในหน่วยลิตรก่อนทำขั้นตอนสุดท้าย