مولاريته

مولاريتهي هر جز برابر نسبت تعداد مول آن جزء به حجم محلول برحسب ليتر است و بيانگر تعداد مول آن جزء در هر ليتر محلول است. واحد مولاريته مول بر لیتر () يا مولار  است. مولاريتهي جزء i را با  نشان ميدهند كه C از لغت Concentration به معناي غلظت گرفته ميشود.   را براي سادگي با  نيز نشان ميدهند كه براي آن داريم:

با توجه به تعریف مولاریته، تعداد مول هر جز در محلول برابر حاصلضرب مولاریته آن جز و حجم محلول بر حسب لیتر است:

همچنین برای آنکه در یک محلول با مولاریته مشخص نسبت به جز i، تعداد مول جز i برابر  باشد، حجم محلول بایستی V لیتر باشد که V از رابطه زیر بدست می آید:

مثال: (سديم كلريد) در 100ml آب حل ميكنيم. سپس با اضافه كردن آب خالص حجم محلول را به 400 ml ميرسانيم. مولاريتهي نمك در محلول نهايي چقدر است؟(Na=23,Cl=35.5)

حل:

*****

مثال: چند ميليليتر محلول گلوكز 0.5 M محتوي 0.1 mol گلوكز است؟

حل:

*****

مثال: غلظت نمك طعام در آب يك درياچه برابر 1.5 M است. از تبخير كامل آب هر مترمكعب از محلول اين درياچه چند گرم نمك طعام به جاي خواهند ماند؟(Na=23,Cl=35.5)

حل:

*****

براي تهيهي محلول يك حل شونده با مولاريتهي دلخواه در آزمايشگاه معمولاً به اينصورت عمل ميكنند كه باتوجه به حجم مورد نياز از محلول يك بالن حجم سنجي مناسب انتخاب ميكنند. سپس باتوجه به حجم بالن و مولاريته جرم مناسبي از حل شونده را توزين كرده و به داخل بالن انتقال ميدهند. سپس با افزودن مقداري آب تمام حل شونده را محلول ميكنند و با افزودن مقدار بيشتري آب حجم محلول را به خط نشانهي بالن ميرسانند. شکل بعدی را در نظر بگیرید.

شکل: نحوه تهیه یک محلول با مولاریته مشخص:

A: توزین مقدار مناسبی حل شونده ( بر اساس حجم نهایی محلول یا همان حجم بالن) و انتقال آن به بالن، B: بصورت کامل حل نمودن حل شونده در مقداری آب، C: افزودن آب تا رساندن سطح آب به خط نشانه بالن و D: نمایی نزدیکتر از رساندن سطح آب به خط نشانه بالن

محلولها ممكن است در فرآيندهاي رقيقسازي يا اختلاط شركت كنند و حجم محلولها يا تعداد مول حل شوندهي آنها يا هر دو عوض شوند و درنتيجه غلظت محلولها دچار تغيير شود. برمبناي تعاريف و روابط كمي موجود ميتوان تغيير غلظتها و غلظتهاي جديد محلولها را در اين فرآيندها محاسبه نمود.

فرآيند رقيقسازي

فرآیند رقیق سازی معمولاً به معناي اضافه كردن حلال خالص به يك محلول، افزايش حجم محلول و كاهش غلظت حل شوندههاست. در فرآيند رقيقسازي حجم محلولها عوض ميشود، اما تعداد مول حل شوندهها تغيير نميكند. براين اساس ميتوان بين غلظتهاي اوليه و ثانويه ارتباط برقرار كرد. شکل بعدی را در نظر بگیرید.

V2= حجم محلول ثانویه C2= غلظت محلول ثانویه n2= تعداد مول حل شونده

V1= حجم محلول اولیه C1= غلظت محلول اولیه n1= تعداد مول حل شونده

بر اساس برابری تعداد مول حل شونده در حالت اولیه ( قبل از رقیق شدن و کاهش غلظت یا حالت غلیظ) و در حالت ثانویه ( بعد از رقیق شدن و کاهش غلظت یا حالت رقیق) می توانیم بنویسیم:

مثال: 10ml محلول گلوكز 1M داريم. با اضافه كردن آب خالص آن را تا 50 ml رقيق كنيم. غلظت جديد محلول را حساب كنيد.

حل:

*****

مثال: 50mLمحلول سولفات مس ()  داريم. با افزودن آب خالص آن را تا چه حجمي رقيق كنيم بطوريكه غلظت سولفات مس در محلول به 0.01 M كاهش يابد؟

حل:

*****

مثال: براي تهيهي 500 ml محلول سود سوزآور ()  از رقيقسازي چند ميليليتر محلول سودسوزآور یک مولار استفاده كنيم؟

حل:

*****

در فرآيند رقيقسازي مرتبهي رقيقسازي يا مرتبه رقت (n) به صورت زير تعريف ميشود:

بنابراين در يك فرآيند رقيقسازي با مرتبهي رقت برابر n حجم محلول n برابر و غلظت محلول  برابر ميشود.

مثال: 300 ml محلول اسيد سولفوريك  داريم. حجم و غلظت نهايي محلول را با فرض مرتبهي رقت برابر 4 (4 مرتبه رقيق سازی) حساب كنيد.

حل:

*****

هنگام مخلوط كردن یا رقيق كردن محلولها ممكن است حجم محلول نهايي با مجموع حجمهاي محلولهای اوليه تفاوت داشته باشد، اما اين تفاوت معمولاً جزئي و قابل صرف نظر كردن است. به عنوان مثال براي رساندن حجم يك محلول از  به در یک فرآیند رقیق سازی بایستی باندازه V₂-V₁ آب خالص به محلول اوليه اضافه كنيم.

فرآیند اختلاط

موقع مخلوط كردن محلولها نيز غلظتها عوض ميشود. به طور كلي دو نوع اختلاط ميتوانيم در نظر بگيريم:

- اختلاط بدون واكنش                     - اختلاط با واكنش

در حالت اول واكنش بين مواد حل شونده صورت نميگيرد. در حاليكه در حالت دوم بين مواد حل شوندهي محلولهاي مخلوط شونده واكنش داريم. در ادامه به بررسی این موارد به همراه مثال می پردازیم.

اختلاط بدون واكنش

در فرآيند اختلاط بدون واكنش تعداد مول هر حل شونده ثابت است و بر اين مبنا ميتوانيم غلظتهاي جديد را به دست آوريم. به عنوان مثال در صورتي كه  ميليليتر محلول 1 با غلظت  نسبت به حل شوندهي A و  ميليليتر محلول 2 با غلظت  نسبت به حل شوندهي A و  ميليليتر محلول 3 با غلظت  نسبت به حل شوندهي  را با هم مخلوط كنيم، خواهيم داشت:

مثال: 100 mL محلول  را با  محلول  مخلوط ميكنيم. غلظت  در محلول نهايي چقدر است؟

حل:

*****

مثال: 100 mL محلول گلوكز 1M را با چند ميليليتر گلوكز 0.1 M مخلوط كنيم تا غلظت گلوكز برابر 0.2M شود؟

حل:

*****

اختلاط با واكنش

در فرآيندهاي اختلاط با واكنش به علت انجام واكنش تعداد مول مواد حل شونده عوض ميشود. براي فرآيندهاي اختلاط با واكنش بايستي ابتدا تغيير تعداد مول مواد حل شونده را حساب كرد و سپس براساس تعداد مول نهايي هر ماده غلظت آن را بدست آورد. تغيير تعداد مول مواد حل شونده به خاطر واكنش انجام شده بين آنهاست و براساس معاملهي موازنه شدهي واكنش و روابط كمي موجود می تواند تعیین شود. مثالهای در ادامه آمده را در نظر بگیرید.

مثال: محلول  را با محلول  مخلوط مينماييم. بين  و  واكنش زیر رخ ميدهد:

الف) واكنش را موازنه كنيد.

ب) تعداد مول اوليهي  و  را به دست آوريد.

ج) با فرض كامل بودن واكنش تعداد مول نهايي و غلظت نهايي هريك از مواد ،  و  را حساب كنيد.

حل:

الف)

ب)

ج) با توجه به (الف) و (ب)،  واکنشگر محدود کننده است و تمام می شود، در حالیکه  واکنشگر اضافی است. مقدار  واکنش داده (مصرف شده) بصورت زیر حساب می شود:

مقدار  واکنش نداده (باقیمانده) نیز بصورت زیر حساب می شود:

حجم محلول نهایی هم بصورت زیر از مجموع حجمهای محلولهای واکنش دهنده بدست می آید:

غلظت نهايي هريك از مواد هم از تقسیم تعداد مولش در محلول نهایی بر حجم محلول نهایی بدست می آید:

*****

مثال:  در آب نامحلول است. اما در محلول  به خاطر واكنش زير حل ميشود:

الف) براي حل كردن  از  براساس واكنش بالا نيازمند حداقل چند  محلول  هستيم؟ بعد از انجام واكنش غلظت  به دست آمده چقدر خواهد بود؟

ب) در صورتي كه براي حل كردن  از ، 5L محلول  بدان اضافه كرده باشيم، غلظت  و  را در محلول نهايي به دست آوريد. (H=1,O=16,Al=27)

حل:

الف)

ب)

*****

فرض کنیم  ميليليتر از محلول A با مولاريتهي برابر  را با  ميليليتر محلول  با مولاريتهي برابر  مخلوط ميكنيم. اگر بين مواد  و  واكنش مقابل را داشته باشيم: (در اين واكنش b , a ضرايب استوكيومتري هستند).

براي آنكه واكنش دهندهها به نسبت مقادير استوكيومتري با هم مخلوط شده باشند، بايستي داشته باشيم:

مثال:  محلول   با چند  محلول  طبق واكنش زير به طور كامل واكنش ميدهد؟

حل:

*****

تفكيك يوني نمكها

بسياري از نمكها در آب يا حلالهاي ديگر به طور تقريباً كامل به يونهاي سازنده تفكيك ميشوند. به عنوان مثال براي نمك  كه از يونهای  تشكيل شده است، معمولاً واكنش زير كه كه واكنش تفكيك يوني ناميده ميشود، در حلال آب مشاهده ميشود:

بعنوان مثال داریم:

واكنش تفكيك يوني نمكها و اثر آن بر روي غلظت يونها در محاسبات استوكيومتري بايستي لحاظ شود.

مثال: محلولی حاوي  مولار و  مولار است. مولاريتهي هريك از يونهای  را در محلول به دست آوريد.

حل:

*****

مثال: در محلولي از  غلظت يونهاي  برابر  است.

الف) غلظت يونهاي  در اين معلول چقدر است؟

ب) هر ليتر محلول محتوي چند مول  است؟

حل:

الف) 0.1 M

ب) 0.1 mol

*****

مثال:  محلول  مولار داريم. اين محلول با چند  محلول  مولار براساس واكنش زير به طور كامل واكنش ميدهد؟

حل:

همچنین می توانستیم از روش ضرایب تبدیل بصورت زیر استفاده کنیم:

*****

معمولاً براي نمايش مولاريته به خصوص مولاريتهي يونها از كروشه استفاده ميشود. به عنوان مثال براي محلول  مولار ميتوانيم بنويسيم:

رابطهي مولاريته با درصد وزني

فرض كنيم محلولي از حل شوندهي A با درصد وزني برابر x و چگالي برابر d با واحد گرم بر سانتیمتر مکعب (یا میلی لیتر) داريم. جرم مولي حل شوندهي A را برابر  فرض ميكنيم. در اينصورت براي تعيين مولاريتهي A در محلول با فرض آنکه هزار میلی لیتر محلول داریم، ميتوانيم بنويسيم:

بنابراین رابطه مولاریته و درصد وزنی بصورت زیر است:

مثال: محلولي از  با درصد وزني برابر 37% و چگالي برابر  داريم. مولاريتهي  در اين محلول چقدر است؟

حل:

روش اول:

فرض ميكنيم 100 g محلول داریم. دراینصورت 37 گرم  داريم و ميتوانيم بنويسيم::

روش دوم:

روش سوم:

*****

مثال: محلولي از  با درصد وزني برابر 80%  و چگالي برابر 1.4 داريم.

الف) مولاريتهي اسيد سولفوريك در اين محلول چقدر است؟

ب) براي تهيهي 500 ML محلول اسيد سولفوريك 0.1 مولار به چند ميليليتر از اين محلول نياز داريم؟

حل:

الف)

ب)

روش اول:

روش دوم:

*****

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

**************************************************

سایت: www.youngchemist.com

مولف: محمد شاهی

نظرات، پیشنهادات و انتقادات: chemistry.shahi@gmail.com

**************************************************

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||