Molalitāte: kas tā ir, kā to aprēķināt un kāpēc tā ir svarīga šķīduma ķīmijā

Šajā zinātnes nozarē tas ir pazīstams kā molalitāte kā vielas koncentrācija, kas izteikta kā šķīdinātāja masas funkcijaŠī mērvienība ļauj mums noteikt, cik daudz izšķīdušās vielas ir nepieciešams, lai izšķīdinātu citu vielu. Jāatzīmē, ka šī ir mērvienība, ko atpazīst Starptautiskā mērvienību sistēma (SI), un tās standartizētā forma ir... mol/kg.

Pareizi lietojot molalitāti, būs iespējams zināt precīzu noteiktas vielas koncentrāciju, kā arī nosakot, kas ir šķīdinātāja masaTas ir ārkārtīgi svarīgi, lai izprastu abu vielu (izšķīdinātās vielas un šķīdinātāja) masas un to molaritāti. Šis koncentrācijas izteikšanas veids ir īpaši noderīgs, ja stingra temperatūras kontrolejo masa nemainās atkarībā no temperatūras un spiediena, atšķirībā no tilpuma.

Vielu molaritātes noteikšanas procedūra parasti nav tik sarežģīta kā molaritātes noteikšanas procedūra, jo mērkolba nav nepieciešama. Vairumā gadījumu, Viss, kas jums nepieciešams, ir vārglāze un analītiskie svari. Lai precīzi veiktu eksperimentu, ir svarīgi pareizi izmērīt izšķīdušās vielas un šķīdinātāja masas.

Molalitātei ir priekšrocības salīdzinājumā ar molaritāti, jo, pateicoties tās metodēm, tā ir precīzāka. Tas nav atkarīgs no tādiem faktoriem kā temperatūra un spiediensjo tas ir balstīts uz šķīdinātāja masu, nevis šķīduma tilpumu. Tāpēc tas ir ļoti piemērots, lai pētītu koligatīvās īpašības (piemēram, viršanas temperatūras paaugstināšanās vai sasalšanas temperatūras pazemināšanās), kur ir svarīgi, lai koncentrācijas mērījums nemainītos, mainoties vides apstākļiem.

Molalitāte (koncentrācija)

La molalitāte ir definēts kā šķīduma koncentrācijaĶīmiskā izteiksmē tas attiecas uz attiecība vai proporcija starp izšķīdušās vielas moliem un šķīdinātāja masuVisizplatītākajā formā to izsaka kā izšķīdušās vielas molu skaitu uz šķīdinātāja kilogramu, ar vienībām mol/kg.

Kopumā molalitātes matemātiskā izteiksme ir:

m = n(šķīdināmā viela) / m(šķīdinātājs kg)

kur m Tā ir molalitāte, n(šķīdināmā viela) ir vielas daudzums molos izšķīdušās vielas, un m(šķīdinātājs) ir šķīdinātāja masa, izteikta kilogramos. Šķīdumu ar molaritāti 1 mol/kg sauc par 1 molārais šķīdumsTomēr, ievērojot pašreizējos ieteikumus, vienmēr ir vēlams norādīt mērvienību mol/kg.

Molalitāte ir pazīstama arī kā termins, ko lieto, lai norādītu, ka process ir uzsākts. koncentrācijas mērskas ietver izšķīdušās vielas proporcijas palielināšanu vai samazināšanu šķīdinātājā. Kad izšķīdušās vielas proporcija palielinās, mēs runājam par koncentrācija, savukārt pretējais process ir pazīstams kā atšķaidīšana.

Lai labāk izprastu šo procesu, viela, ko sauc par šķīstošs ir tā, kas izšķīst, kamēr šķīdinātājs Tā ir jebkura viela, kas spēj izšķīdināt citas. Savukārt izšķīšana Tas ir iepriekš pagatavota homogēna maisījuma rezultāts ar abām minētajām vielām. Molalitātes kontekstā atsauce vienmēr būs šķīdinātāja masanevis kopējā šķīduma tilpums.

Kamēr vien ir mazāk šķīstošo vielu maisījumā, jo zemāka ir koncentrācija, un, kad mēs runājam par a lielāks šķīdinātāja daudzums Šķīdinātājā koncentrācija būs augstāka. Tas nozīmē, ka šķīdums ir vienkārši viendabīgs maisījums starp divām vai vairākām vielām, kuru sastāvu var matemātiski aprakstīt ar dažādiem koncentrācijas mērījumiem, tostarp molalitāti.

Ar molalitāti saistītie pamatjēdzieni

Lai ērti strādātu ar molalitāti, ir lietderīgi apgūt dažas risinājumu pamatjēdzienikā arī izpratni par to, kāpēc šī koncentrācijas mērvienība ir tik svarīga ķīmijā, rūpniecībā un daudzos ikdienas procesos.

Šķīdumi: izšķīdinātā viela, šķīdinātājs un homogēns maisījums

the risinājumi Tie ir viendabīgi maisījumi, kas veidojas, šķīstošs (viela, kas izšķīst) un a šķīdinātājs (viela, kas izšķīst). Šie maisījumi var sastāvēt no jebkuras vielas agregātstāvokļa: cietas, šķidras vai gāzveida. Homogenitāte nozīmē, ka ar neapbruņotu aci maisījums izskatās vienmērīgs, pat ja mikroskopiskā līmenī šķīdinātājā var būt izkliedētas izšķīdušās vielas daļiņas.

Piemēram, šķīdumā, kas satur galda sāls ūdenīŠķīdumā sāls (NaCl) ir izšķīdināmā viela, bet ūdens ir šķīdinātājs. Metālu sakausējumā, piemēram, bronzā, gan izšķīdināmā viela, gan šķīdinātājs ir cietas vielas, savukārt gaisā dažādas gāzes var darboties gan kā izšķīdināmās vielas, gan kā šķīdinātāji. Visos šajos gadījumos var runāt par koncentrāciju, lai gan molalitāte galvenokārt tiek izmantota šķidros šķīdumos.

Strādājot ar molalitāti, mēs ņemam vērā šķīdinātāja masa kā absolūtu atskaites punktu. Tas nozīmē, ka, ja pievienojam vairāk šķīdināmās vielas, nemainot šķīdinātāja masu, molalitāte palielinās; ja, gluži pretēji, pievienojam vairāk šķīdinātāja, molalitāte samazinās, jo tāds pats šķīdināmās vielas molu skaits tagad atrodas lielākā kilogramā šķīdinātāja.

Molalitātes formāla definīcija

Molalitāte (m) risinājuma tiek definēts kā izšķīdušās vielas daudzums (molu) dalīts ar šķīdinātāja masa (kilogramos)Tāpēc vispārīgā izteiksme ir šāda:

m = n(šķīdināmā viela) / m(šķīdinātājs kg) → mērvienības: mol/kg

Ja ir risinājums 3 moli/kg, bieži tiek raksturots kā risinājums 3 moli/kg izšķīdušās vielas norādītajā šķīdinātājā. Tradicionāli tika lietoti termini “molāls” vai simbols “m” (piemēram, “3 m” vai “3 molāls”), taču pašlaik ieteicams vienmēr lietot mērvienību mol/kg lai izvairītos no sajaukšanas ar citiem lielumiem.

Šķīdumu gadījumā, kuros ir vairāk nekā viens šķīdinātājs, molaritāti var noteikt, ņemot vērā šķīdinātāju maisījums kā viens jaukts šķīdinātājsŠajā kontekstā vienības tiek definētas kā izšķīdušās vielas moli uz kilogramu maisījuma.

Molalitātes un koligatīvo īpašību nozīme

Viens no galvenajiem iemesliem, kāpēc molalitāte ir tik svarīga ķīmijā, ir tas, ka Tas nav atkarīgs no temperatūras vai spiedienaar nosacījumu, ka šķīdinātāja masa paliek nemainīga. Tas padara to par ideālu koncentrācijas mērvienību, lai pētītu koligatīvās īpašības, tas ir, tās risinājumu īpašības, kas Tie ir atkarīgi tikai no izšķīdušo daļiņu skaita un nevis pēc tā ķīmiskās dabas.

Starp svarīgākajām koligatīvajām īpašībām ir:

• Vārīšanās temperatūras paaugstināšanāsKad neizšķīstoša viela, kas neizšķīst šķīdinātājā, paaugstinās šķīdinātāja viršanas temperatūra.
• Sasalšanas temperatūras pazemināšanāsTemperatūra, kurā šķīdinātājs sasalst, samazinās, pievienojot izšķīdušo vielu.
• Tvaika spiediena samazināšanāsIzšķīdušās vielas klātbūtne samazina tīra šķīdinātāja tvaika spiedienu.
• Osmotiskais spiediens: saistīts ar šķīdinātāja pāreju caur puscaurlaidīgu membrānu koncentrācijas atšķirību dēļ.

Visus šos daudzumus īpaši ērti aprēķina, izmantojot molalitāti, tieši tāpēc, ka šķīdinātāja masa paliek nemainīga temperatūras izmaiņu ietekmē, kas stabilā un reproducējamā veidā uztur noteikto koncentrāciju.

Molalitāte pret molaritāti

Ir ļoti bieži sajaukt molalitāte ar molaritātejo to nosaukumi ir līdzīgi un abi mēra koncentrāciju. Tomēr tie ir atšķirīgi jēdzieni:

• Molaritāte (m): izšķīdušās vielas molu skaits uz kilogramu šķīdinātāja (mol/kg). Tas ir balstīts uz šķīdinātāja masa un tas nav atkarīgs no temperatūras un spiediena.
• Molaritāte (M): izšķīdušās vielas molu skaits uz litru šķīduma (mol/L). Tas ir balstīts uz šķīduma kopējais tilpums un tāpēc ir atkarīgs no temperatūras un spiediena, jo tilpums var izplesties vai sarauties.

Ūdens šķīdumos, kas ir tuvu istabas temperatūrai, atšķirība starp šķīdumu molāri un molāri parasti ir mazijo ūdens blīvums ir tuvu 1 kg/l. Tādējādi viens kilograms ūdens aizņem aptuveni vienu litru, un lielumi mol/kg un mol/l Molaritāte un molaritāte atšķaidītos šķīdumos var būt skaitliski identiskas vai ļoti līdzīgas. Tomēr ekstremālos temperatūras apstākļos vai ar šķīdinātājiem, kas nav ūdens, atšķirības var būt ievērojamas, un šādā gadījumā ir svarīgi skaidri norādīt, vai strādājat ar molalitāti vai molaritāti.

Molalitātes izmantošanas praktiskās priekšrocības

Molalitātes izmantošanas kā koncentrācijas mēra galvenā priekšrocība ir tā, ka tā Tas ir atkarīgs tikai no izšķīdušās vielas un šķīdinātāja masasŠos šķīdumus neietekmē saprātīgas temperatūras un spiediena svārstības. Turpretī tilpuma ziņā (piemēram, izmantojot molaritāti) pagatavoti šķīdumi mēdz mainīties, mainoties šķīduma tilpumam termiskās izplešanās vai saraušanās dēļ.

Daudzos pielietojumos tas ir ievērojama priekšrocība, jo Vielas masa parasti ir svarīgāka par tās tilpumu.Piemēram, aprēķinā ierobežojošie reaģenti ķīmiskā reakcijā vai farmaceitisko un pārtikas produktu formulēšanā, kur nepieciešams precīzs aktīvo vielu daudzums uz šķīdinātāja masas vienību.

Vēl viena būtiska priekšrocība ir tā, ka Šķīdinātās vielas molaritāte nav atkarīga no citu šķīdinātāju klātbūtnes. šķīdumā, ja vien kopējā šķīdinātāja masa paliek nemainīga. Tas atvieglo sarežģītu maisījumu, kuros vienlaikus ir vairāki savienojumi, analīzi.

Molalitātes galvenais konceptuālais ierobežojums ir tāds, ka Tas atkarīgs no tā, kura viela tiek uzskatīta par šķīdinātāju. patvaļīgā maisījumā. Ja ir tikai viena tīra šķidra viela, izvēle ir skaidra; bet, piemēram, spirta un ūdens šķīdumā jebkuru no tām varētu uzskatīt par šķīdinātāju. Sakausējumos vai cietos šķīdumos izvēle ir vēl mazāk acīmredzama. Šādos gadījumos var izmantot citus sastāva izteikšanas veidus, piemēram, mola daļa, varētu būt piemērotāks.

Šķīdība un saistība ar molalitāti

La šķīdība Tas ir termins, ko lieto, lai noteiktu maksimālo izšķīdušās vielas daudzumu, kas var pastāvēt šķīdinātājā noteiktos apstākļos. Šis daudzums ir pilnībā atkarīgs no tādiem faktoriem kā temperatūra o la presiónkā arī citu izšķīdušu vai suspendētu vielu klātbūtne.

Ir punkts, aiz kura šķīdinātājs vairs nevar izšķīdināt vairāk vielas; šajā punktā šķīdumu sauc par nešķīstošu. piesātinātsIzplatīts piemērs varētu būt pievienošana cukurs glāzē ūdensJa saturu maisa, cukurs pakāpeniski izšķīst, bet, ja pievieno vēl cukura, tiek sasniegts punkts, kad tas pārstāj šķīst un paliek redzams, vai nu peldot, vai nosēžoties glāzes apakšā. Šo šķīdības robežu var mainīt, mainot temperatūru: ūdens karsēšana palielina daudzu izšķīdušo vielu šķīdību, ļaujot izšķīst vairāk vielu; atdzesēšana samazina izšķīdušo vielu daudzumu.

Šķīdību var izteikt arī kā maksimālā molalitāte sasniedzams dotajai izšķīdinātāja-šķīdinātāja sistēmai. Tādā veidā ir iespējams aprēķināt maksimālo koncentrāciju (mol/kg), ko var sasniegt, pirms šķīdums kļūst piesātināts.

Veidi, kā izteikt molalitāti un citus koncentrācijas mērījumus

Divi pastāv galvenie koncentrācijas mērīšanas veidi vielās: pasākumi kvantitatīvi un kvalitatīvsPirmais veids ir skaitliski un tiek izmantots, ja vēlaties uzzināt precīzus lielumus, piemēram, molaritāteuz formalitāteuz normalitāteuz molalitāte vai miljonās daļasPēdējie ir balstīti uz empīriskiem novērojumiem un nesniedz precīzas vērtības, bet gan novērtējumus, piemēram, "atšķaidīts" vai "koncentrēts".

Kvantitatīvā koncentrācija

Šāda veida koncentrācijas mērs parasti tiek izmantots galvenokārt zinātniskie eksperimenti un rūpnieciskie procesijo tie ir precīzi un parāda precīzus šķīdumā esošo vielu daudzumus. Zinātnes, farmācijas, pārtikas vai pētniecības nozarēm kvalitatīvas koncentrācijas nav pietiekamas, jo Tie nenorāda precīzus daudzumus un balstās uz subjektīviem iespaidiem.

Kvantitatīvā risinājuma termini ir šādi:

• Normalitāte (N): numurs izšķīdušās vielas ekvivalenti ko satur 1 litrs šķīduma, ko var izteikt kā: izšķīdušās vielas ekvivalenti/litrā šķīduma. Tā pamatīpašība attiecas uz šķīduma tilpumsNormalitāti galvenokārt izmanto skābju-bāzes reakcijās un redoksreakcijās, kur ir lietderīgi strādāt ar ķīmiskajiem ekvivalentiem.
• Molalitāte: numurs izšķīdušās vielas moli uz kilogramu šķīdinātājakas tiek izteikts kā: izšķīdušās vielas moli/šķīdinātāja kilogrami. Tā galvenā īpašība ir saistīta ar šķīdinātāja svars un tāpēc nav atkarīgs no temperatūras un spiediena.
• Molaritāte: numurs molu izšķīdušās vielas, kas atrodas 1 litrā šķīdumako var izteikt kā: izšķīdušās vielas moli/litrā šķīduma. Tā svarīgākā īpašība ir šķīduma kopējais tilpumsTāpēc tas mainās atkarībā no temperatūras un spiediena izmaiņām.
• Svara procenti: vienības izšķīdušās vielas masa 100 šķīduma masas vienībāsko var izteikt kā: grami izšķīdušās vielas/100 grami šķīduma. Šeit attiecīgā īpašība ir šķīduma kopējais svars.
• Koncentrācija pēc svara: izšķīdušās vielas masa, kas atrodas šķīduma tilpuma vienībakas tiek izteikts kā: grami izšķīdušās vielas/litrā šķīduma. Tā galvenā īpašība ir šķīduma tilpums, lai gan tas tiek izteikts masas izteiksmē.

Veidi, kā izteikt koncentrāciju ar šīm kvantitatīvajām metodēm, ietver masas-masas procenti, tilpums-tilpums y masas tilpums, kā arī jau zināmie molalitāte, molaritāte, formalitāte, normalitāte un mola daļaJa izšķīdušās vielas daudzums ir ļoti mazs, var izmantot tādus izteicienus kā miljonās daļas (ppm), daļas uz miljardu (ppb) o daļas uz triljonu (ppt), kas norāda, cik daļiņu izšķīdušās vielas ir uz miljonu, miljardu vai triljonu daļu no kopējā maisījuma.

Kvalitatīva koncentrācija

Šī šķīdinātāja koncentrācijas aprakstīšanas metode neizmanto precīzas skaitliskas metodes, tāpēc rezultāti nav precīzi, bet gan aptuveni. empīrisksTie ir novērtējumi, kas balstīti uz novērojumiem vai pieredzi, un tiem ir sava klasifikācija atkarībā no koncentrācijas līmeņa. Starp tiem ir kategorijas, kas ietver nepiesātināts šķīdums, piesātināts y pārsātināts, kā arī apraksti par atšķaidīts o koncentrēts.

Nepiesātinātie, piesātinātie un pārsātinātie

Šķīdumu vai homogēnu maisījumu koncentrācijas var klasificēt pēc šķīdības atkarībā no tā, vai izšķīdusī viela ir pilnībā izšķīdusi šķīdinātājā un kādā relatīvajā daudzumā:

• Pārsātināts šķīdums: Tas attiecas uz risinājumu, kas satur vairāk izšķīdušās vielas, nekā parasti varētu izšķīdināt līdzsvara apstākļos. To parasti panāk, maisījumu karsējot, lai palielinātu šķīdību un izšķīdinātu vairāk šķīdināmās vielas nekā parasti. Uzmanīgi atdzesējot, šķīdums var saglabāt šo izšķīdušās vielas pārpalikumu, lai gan tas atrodas metastabilā stāvoklī. Jebkurš traucējums (neliela kustība, sēklas kristāls, temperatūras izmaiņas) var izraisīt pārpalikuma strauju kristalizāciju, pārveidojot šķīdumu piesātinātā šķīdumā.
• Piesātināts šķīdums: Maisījums tiek uzskatīts par piesātinātu, ja tajā ir līdzsvars starp izšķīdušo vielu un šķīdinātājuTas ir, kad izšķīdušās vielas daudzums ir maksimāli iespējamais noteiktā temperatūrā un spiedienā. Šādos apstākļos, pievienojot vairāk izšķīdušās vielas, izšķīdušā vielas daudzums nepalielinās; liekais daudzums nogulsnējas cietas vielas veidā.
• Nepiesātināts šķīdums: Šāda veida šķīdums satur mazāk izšķīdušās vielas, nekā šķīdinātājs varētu izšķīdinātCitiem vārdiem sakot, joprojām pastāv "spēja" iekļaut vairāk izšķīdušās vielas, nerodoties neizšķīdušai cietai vielai.

Citiem vārdiem sakot, nepiesātinātie šķīdumi satur mazāks šķīdinātāja daudzums ko tās spēj izšķīdināt noteiktā temperatūrā; piesātinātās satur maksimālais izšķīdušās vielas daudzums ka šķīdinātājs var saglabāt izšķīdumu līdzsvarā; un pārsātinātie šķīdinātāji satiekas vairāk šķīstošās vielas nekā atļauts līdzsvarā, noteiktā temperatūrā, saglabājot sevi tikai metastabilā stāvoklī.

Atšķaidīts vai koncentrēts

Šie termini parasti tiek lietoti sarunvalodā. atšķaidīts šķīdums Tas izceļas ar to, ka tas piedāvā zems šķīdinātāju saturs attiecībā pret šķīdinātāju, kamēr šķīdums koncentrēts ir relatīvi augsts šķīdinātāju līmenisMēs runājam par “relatīvajiem līmeņiem”, jo šie apraksti ir empīriski, bez konkrētām skaitliskām vērtībām. Ikdienas piemērs varētu būt limonāde: ja tajā ir maz citrona sulas un cukura, mēs to uztveram kā atšķaidītu; ja tajā ir daudz, mēs to uztveram kā koncentrētu.

Lai labāk izprastu, ko ietver šāda veida risinājumi, ķīmiskā izteiksmē var pieņemt šādas definīcijas:

• Atšķaidīts šķīdums: ir tas, kurā atrodama izšķīdinātā viela zemas proporcijas attiecībā pret šķīdinātāja tilpumu vai masu noteiktā intervālā.
• Koncentrēts šķīdums: ir tāds, kurā izšķīdušās vielas daudzums ir salīdzinoši augsts salīdzinājumā ar šķīdinātāju, lai gan ne vienmēr piesātināts.

Soli pa solim molalitātes aprēķins

Šķīduma molalitātes aprēķināšana ietver sevī saistību ar izšķīdušās vielas daudzums molos ar šķīdinātāja masa kilogramosTā ir vienkārša darbība, taču vislabāk ir ievērot skaidru secību, lai izvairītos no ierīces kļūdām.

Molalitātes vispārīgā formula

Visos gadījumos izmantotā formula ir šāda:

m = n(šķīdināmā viela) / m(šķīdinātājs kg)

Molalitātes aprēķināšanai nepieciešamie dati

Lūdzot aprēķināt dotā šķīduma molalitāti, ir svarīgi iegūt šādus datus:

• Izšķīdušās vielas masa (parasti gramos) vai tieši izšķīdušās vielas moli.
• Molekulmasa vai molārā masa izšķīdušās vielas, lai nepieciešamības gadījumā pārvērstu no gramiem uz moliem.
• Šķīdinātāja masakas jāizsaka kilogramos, lai piemērotu formulu.

Dažās problēmās tiek nodrošināts arī sekojošais: kopējais šķīduma daudzumsBet molalitātei patiesībā svarīgs ir šķīdinātāja masanevis pilnā šķīduma tilpums vai masa.

Molalitātes aprēķina piemērs ar sērskābi

Pieņemsim, ka mēs vēlamies aprēķināt šķīduma molalitāti sērskābe (H₂SO₄)Mēs zinām, ka tā molekulmasa ir 98 g/mol. Ja mums ir 80 g sērskābes izšķīdināts 400 g ūdensMēs rīkotos šādi:

1. Izšķīdušās vielas molu skaita (n) aprēķināšanaIzšķīdušās vielas masu (80 g) dalām ar tās molmasu (98 g/mol):
   n = 80 g / 98 g·mol^-1 ≈ 0,82 moli H2₂SO₄.
2. Šķīdinātāja masas pārvēršana kilogramos400 g ūdens ir līdzvērtīgi 0,4 kg.
3. Molalitātes formulas piemērošana:
   m = n(šķīdināmā viela) / m(šķīdinātājs kg) = 0,82 mol / 0,4 kg = 2,05 mol/kg.

Tāpēc likvidācijai būs ietekme molaritāte aptuveni 2,05 mol/kg no H₂SO₄ ūdenī.

Molalitātes praktiskās problēmas

Praksē molalitātes vingrinājumi parasti notiek pēc līdzīga modeļa kā iepriekšējā piemērā. Sākot ar izšķīdušās vielas un šķīdinātāja masas datiem (vai moliem un molmasu), konversijas tiek veiktas, izmantojot dimensiju analīze lai iegūtu atbilstošas ​​mol/kg mērvienības.

Tipiski problēmu piemēri ir šādi:

1. Aprēķiniet šķīduma molalitāti, kas veidojas, MgCl₂ izšķīdināts ūdenī, no sāls masas un izmantotā ūdens masas.
2. Nosakiet šķīduma molalitāti etanols, kas izšķīdināts acetonāzinot etanola molmasu un acetona masu, kas izmantota kā šķīdinātājs.
3. Aprēķiniet skaitu grami NaCl nepieciešams sagatavot noteiktas molaritātes šķīdumu no noteiktas ūdens masas kā šķīdinātāja.

Alternatīvi koncentrēšanās zināšanas veidi

Lai gan molalitāte ir ļoti noderīgs veids, kā izteikt koncentrāciju, ir arī citi mērījumi un praktiski svari Šīs formulas tiek izmantotas dažādās zinātnes un rūpniecības jomās, lai aprakstītu šķīdumu sastāvu. Dažas ir balstītas uz līdzīgiem principiem, bet citas koncentrējas uz konkrētiem lietojumiem, piemēram, pārtikas vai farmācijas rūpniecību.

Baume skala

La Baumē skala To izstrādāja farmaceits un ķīmiķis Antuāns Baumē aptuveni gadā 1768, kas sakrita ar periodu, kurā viņš attīstīja savu aerometrsViņu galvenais mērķis bija šķidru vielu koncentrācijas mērīšanaiīpaši skābes un sīrupi. Vērtības ir izteiktas Baumē grādi, kas dažreiz tiek attēloti kā B, Bé o °Be, un tos iegūst, salīdzinot šķidruma blīvumu ar ūdens blīvumu.

Praksē, cik daudz Jo augstāks ir Baumē grādsJo lielāks blīvums, jo lielāka iespēja, ka tas būs koncentrētāks izmērītais šķīdums. Šī skala tika plaši izmantota farmācijas un pārtikas rūpniecībā, pirms tika plaši ieviestas modernākas blīvuma un koncentrācijas mērīšanas metodes.

Briksa skala

La Briksa skala To izmanto, lai izmērītu saharozes daudzums (vai plašākā nozīmē šķīstošie cukuri) šķīdumā. Tā mērvienības ir Briksa grādi (°Bx)Vērtība 25 °Bx nozīmē, ka šķīdumā ir [neskaidrs]. 25 grami saharozes uz 100 gramiem šķīdumaTāpēc tas ir veids, kā izteikt masas procentuālo daļu, kuras centrā ir cukuri.

Lai noteiktu saharozes līmeni šķidrumā, saharometrs vai refraktometrsInstrumenti, kas mēra šķīduma blīvumu vai refrakcijas indeksu. Briksa skala parasti tiek izmantota rūpniecībā. augļu sulas, bezalkoholiskie dzērieni, vīni un daudzos saldos produktos, jo tas sniedz tiešu norādi uz cukura saturu un līdz ar to arī uz produkta garšu, tekstūru un saglabāšanos.

Briksa skala ir balstīta uz līdzīgiem principiem kā citas skalas, piemēram, Ballings o la TraukuVisi šie ir paredzēti cukuru koncentrācijas mērīšanai šķīdumos. Lai gan tas nav molalitātes mērs, pastāv saistība starp °Bx vērtību un izšķīdušās vielas daudzumu, ko var izteikt mol/kg, ja ir zināmas esošo cukuru molmasas.

Blīvums

La blīvums Tā ir fiziska īpašība, kas tiek definēta kā vielas masa uz tilpuma vienību, parasti izteikts g/ml vai kg/m²³Lai gan tas nav gluži koncentrācijas mērs, tas ir saistīts ar kompozīciju no šķīdumiem, tā ka nemainīgas temperatūras un spiediena apstākļos koncentrētākam šķīdumam parasti ir lielāks blīvums nekā atbilstošajam atšķaidītajam šķīdumam.

Dažos kontekstos tie tiek izmantoti konversijas tabulas starp blīvumu un koncentrāciju Dažām izšķīdinātāja-šķīdinātāja sistēmām blīvumu var izmantot, lai novērtētu molalitāti vai molaritāti, lai gan šīs metodes lielā mērā ir aizstātas ar tiešākām metodēm. Tomēr blīvums joprojām ir svarīgs kvalitātes kontroles parametrs daudzās nozarēs.

Šajās procedūrās izmantoto procentuālo daļu definīcijas

L procentos Tie ir vēl viens ļoti izplatīts veids, kā izteikt šķīduma koncentrāciju. Visizplatītākie, ko var izmantot šķīdumu koncentrācijas noteikšanai, ir šādi: masa-masa, tilpums-tilpums y masas tilpumskatram ir savas īpašības un tipisks pielietojums.

Tilpuma-tilpuma procentuālā daļa (% v/v)

Šo procentuālo daļu izmanto, lai izprastu un izteiktu izšķīdušās vielas tilpums uz simts šķīduma tilpuma vienībāmTas ir īpaši svarīgi maisījumos ar šķidrumi viens ar otru, vai dažos gāzu šķīdumos šķidrumos, kur tilpums ir vieglāk vadāms parametrs nekā masa.

Parastā attiecība tiek izteikta šādi:

% v/v = (izšķīdušās vielas tilpums / kopējais šķīduma tilpums) × 100

Masas procentuālā daļa (% m/m)

Procenti masa-masa ir definēts kā izšķīdušās vielas masa uz simts šķīduma masas vienībāmPiemēram, ja 20 g sāls sajauc ar 80 g ūdens, kopējā šķīduma masa ir 100 g, tātad sāls masas procentuālā daļa ir 20%.

Vispārīgā izteiksme ir šāda:

% m/m = (izšķīdušās vielas masa / kopējā šķīduma masa) × 100

Masas un tilpuma procentuālā daļa (% m/v)

Procenti masas tilpums Tas apvieno abus jēdzienus un tiek izteikts kā izšķīdušās vielas masa uz 100 šķīduma tilpuma vienībāmTo parasti lieto ūdens šķīdumos, īpaši tādos kontekstos kā zāļu ražošana, kur tas norāda, piemēram, cik gramu aktīvās vielas ir uz 100 ml šķīduma.

Tās vispārīgā formula ir:

% m/v = (izšķīdušās vielas masa / šķīduma tilpums) × 100

Lai gan no šīs informācijas var secināt, ka šķīduma blīvumsNav ieteicams jaukt šos divus jēdzienus bez skaidrības, jo tas varētu radīt neskaidrības. Blīvums tiek definēts kā šķīduma masa, dalīta ar šķīduma tilpumu, turpretī masas-tilpuma koncentrācija saista tikai izšķīdušās vielas masu ar šķīduma tilpumu.

Lai pareizi aprēķinātu šos procentus, ir svarīgi paturēt prātā divus pamatprincipus:

• La trīs noteikums Tas ir galvenais matemātiskais instruments daudzumu un procentuālo daļu sasaistīšanai šajos kontekstos.
• Visos gadījumos izšķīdušās vielas masas un šķīdinātāja masas summa ir vienāds ar šķīduma kopējā masa.

Citas saistītas koncentrācijas vienības

Papildus molalitātei ķīmijā tiek izmantotas arī citas izplatītas koncentrācijas mērvienības, katrai no tām ir īpašs pielietojums. To izpratne palīdz izlemt, kad lietot molalitāti un kad citas mērvienības.

Normāli

La normalitāte, ko attēlo burts N, tiek definēts kā izšķīdušās vielas ekvivalentu skaits uz litru šķīdumaTas ir īpaši noderīgs koncentrācijas mērs skābju-bāzes reakcijas y redokskur reakcijas kapacitāte ir atkarīga no ķīmiskajiem ekvivalentiem, nevis no kopējā molu skaita.

Dažās lietojumprogrammās ir minēts Redoksa normalitātekas ņem vērā oksidētāju un reducētāju lomu. Lai gan mūsdienās zinātniskajā literatūrā normalitāte tiek izmantota retāk nekā molaritāte, tā joprojām ir aktuāla laboratorijas stehiometriskajos aprēķinos un klasiskajās tilpuma analīzēs.

Molaritāte

La molaritāte (M), pazīstams arī kā molārā koncentrācija, tiek definēts kā izšķīdušās vielas daudzums (molu izteiksmē) uz litrs šķīdumaTā ir visbiežāk izmantotā koncentrācijas mērvienība ķīmijā, lai aprakstītu šķīdumus, kuros kopējais tilpums Tas ir visbiežāk izmantotais parametrs, īpaši stehiometriskās reakcijās, kas tiek veiktas pie nemainīga tilpuma.

Tās galvenais trūkums salīdzinājumā ar molalitāti ir tāds, ka Tas ir atkarīgs no temperatūrasTā kā šķīduma tilpums var mainīties līdz ar termisko izplešanos, molalitāte nodrošina konsekventākus rezultātus gadījumos, kad temperatūra var ievērojami atšķirties.

Formalitāte

La formalitāte Tas attiecas uz formulas grama molu skaits izšķīdušās vielas vienā litrā šķīduma. To galvenokārt izmanto, ja izšķīdinātā viela Tas nepaliek ķīmiski neskarts šķīdumā (piemēram, kad tas disociējas jonos), bet jūs vēlaties ņemt vērā kopējo pievienotās ķīmiskās vielas daudzumu saskaņā ar tās sākotnējo formulu.

Lai gan mūsdienās tā ir retāk sastopama mērvienība nekā molaritāte vai molalitāte, tai joprojām ir vērtība kontekstos, kur ir svarīgi aprakstīt šķīduma sākotnējo sastāvu neatkarīgi no sugas, kurā šķīdināmā viela disociējas.

Molalitāte kā papildinājums šīm vienībām

Atšķirībā no šīm vienībām, molalitāte Tas piedāvā priekšrocību, ka pamatojoties uz šķīdinātāja masuTas padara to ļoti noturīgu pret temperatūras un spiediena izmaiņām. Tāpēc to bieži dod priekšroku pētījumos koligatīvās īpašības, rūpnieciskos procesos ar prasīgu termisko kontroli un lietojumos, kur masas precizitāte jāpiešķir prioritāte salīdzinājumā ar tilpuma mērīšanu.

Molalitātes praktiskie pielietojumi reālajā dzīvē

Lai gan molalitāte var šķist tīri akadēmisks jēdziens, tai ir ļoti specifiski pielietojumi ikdienas dzīvē un dažādās rūpniecības nozarēs. Tā spēja precīzi aprakstīt koncentrāciju kā masas funkciju padara to par galveno instrumentu daudzos procesos.

Pārtikas un dzērienu rūpniecība

Pārtikas rūpniecībā pareiza šķīdumu sagatavošana kontrolē tikpat svarīgas īpašības kā ostasuz faktūra un saglabāšanaPiemēram, gatavojot saldējumu vai sorbetu, izšķīdušā cukura daudzums ietekmē maisījuma sasalšanas temperatūru: augstāks izšķīdušo vielu saturs ļauj tam sasniegt augstāku sasalšanas temperatūru. krēmīgākas tekstūras neļaujot ūdenim veidoties lieliem ledus kristāliem. Šo attiecību kvantitatīvi apraksta ar sasalšanas punkta depresija, kas tieši atkarīgs no izšķīdinātās vielas molaritātes.

Līdzīgi, cukurotu dzērienu, sīrupu un koncentrētu sulu ražošanā, cukuru molaritātes zināšana palīdz kontrolēt saldumu un viskozitāti, kā arī produkta mikrobioloģiskā stabilitāte.

Farmācijas nozare un medicīnas risinājumi

Farmācijas nozarē molalitāti izmanto, lai pagatavotu intravenozi šķīdumi, serumus, buferšķīdumus un citus produktus, kuros izšķīdušās vielas koncentrācija uz šķīdinātāja masas vienību ir jānorāda smalki noregulētsPareiza molalitāte nodrošina, ka šķīdumi ir izotoniski ar ķermeņa šķidrumiem, ja nepieciešams, izvairoties no šūnu un audu bojājumiem.

Turklāt šķidru medikamentu formulēšanā molaritāte palīdz precīzi noteikt zāļu daudzumu. aktīvais princips uz šķīdinātāja masu, kas ir ļoti svarīgi, lai nodrošinātu terapeitiskā efektivitāte un drošība no pacienta.

Zinātniskā pētniecība un laboratorijas

Pētniecības laboratorijās molalitāte ir būtiska sagatavošanai standarta risinājumi Šīs zondes ir paredzētas instrumentu kalibrēšanai, kvantitatīvu analīžu veikšanai vai fizikāli ķīmisko īpašību izpētei. To neatkarība no temperatūras ļauj iegūt ticamākus rezultātus pat tad, ja vides apstākļi nedaudz mainās.

Piemēram, pētot variāciju Vārīšanās punkts līdz sasalšana Šķīdinātājā ar dažādām izšķīdušām vielām molalitāti bieži izmanto, lai aprakstītu koncentrāciju, nodrošinot, ka jebkura novērotā izmērītās īpašības variācija ir saistīta ar izšķīdināto vielu, nevis ar netīšām koncentrācijas izmaiņām.

Rūpnieciskie ķīmiskie procesi

Ķīmiskajā rūpniecībā darbs ar molalitāti palīdz optimizēt izejvielu izmantošanuprecīzi pielāgojot nepieciešamo reaģentu daudzumu atkarībā no šķīdinātāja masas. Rezultātā iegūst mazāk atkritumu, Viena lielāka reakciju efektivitāte un daudzos gadījumos ievērojamos ekonomiskos ietaupījumos.

Tāpat procesos, kuros darba temperatūra mainās (piemēram, kontrolētas eksotermiskas vai endotermiskas reakcijas), molalitāte ļauj stabili kontrolēt koncentrāciju, izvairoties no kļūdām, kas rodas iespējamu tilpuma svārstību dēļ.

Pārdomas un ieteikumi molalitātes apguvei

Molalitātes izpratne nav tikai formulas iegaumēšana; tā ietver tās izpratni fiziskā sajūta un priekšrocības salīdzinājumā ar citām vienībāmLai nostiprinātu šīs zināšanas, ir ļoti noderīgi praktizēties ar dažādiem piemēriem un salīdzināt savus rezultātus ar tiem, kas iegūti, izmantojot molaritāti vai procentus.

• Ir ieteicams prakses aprēķins molalitātes noteikšana ar dažādām izšķīdušām vielām un šķīdinātājiem, mainot to daudzumus un pārbaudot, kā mainās m vērtība.
• Izmantošana vizuālie resursi (Tabulas, diagrammas un grafiki) palīdz salīdzināt molalitāti ar citām koncentrācijas mērvienībām, parādot, kuros kontekstos katra no tām ir izdevīgāka.
• Apspriežot reālās dzīves piemērus, kuros molaritātei ir svarīga loma (pārtika, zāles, tīrīšanas līdzekļi, sāls šķīdumi), tiek nostiprināta tās nozīmes izpratne. praktiskā nozīme.

Molaritāte, kas tiek saprasta kā izšķīdušās vielas molu skaits uz kilogramu šķīdinātāja, veido galvenais instruments šķīdumu koncentrācijas precīzai aprakstīšanaiTā neatkarība no temperatūras un spiediena, lietderība koligatīvo īpašību izpētē un atbilstība rūpnieciskiem un farmācijas lietojumiem padara to par būtisku lielumu ikvienam, kurš vēlas apgūt šķīdumu ķīmiju un pielietot šīs zināšanas gan laboratorijā, gan ikdienas dzīvē.