4.5
הכמות היחסית של רכיב נתון בתמיסה ידועה כריכוזו. לעתים קרובות, אם כי לא תמיד, תמיסה מכילה רכיב אחד עם ריכוז גדול משמעותית מזה של כל שאר הרכיבים. רכיב ז…
לכמות נתונה של ממס ניתן להוסיף כמויות שונות של מומס ליצירת תמיסות בריכוזים משתנים. בתמיסה מהולה, כמות המומס ביחס לממס תהיה קטנה, בעוד שבתמיסה מרוכזת, הכמות היחסית תהיה גדולה. הריכוז של תמיסה מבוטא כריכוז מולרי, שהוא מספר המולים של מומס לליטר תמיסה.
המכנה הוא נפח התמיסה ולא נפח הממס. לכן, כדי לייצר ליטר אחד של תמיסה בריכוז מולרי של 1, מוסיפים מול אחד של מומס לבקבוק כיול, ואז ממלאים את הבקבוק במומס עד הסימון של ליטר אחד. בדומה לכך, אם מוסיפים מול של מומס לבקבוק אחר ואז ממלאים את הבקבוק בממס עד סימון חצי הליטר, נקבל תמיסה בריכוז מולרי של 2.
ניתן להשתמש הריכוז המולרי של התמיסה כגורם המרה בין המולים של המומס לנפח התמיסה. נניח ש-237 גרם של אשלגן פרמנגנט מומסים במים ויוצרים תמיסה בריכוז 3 מולר. כדי לחשב את הנפח הכולל של התמיסה, ראשית יש להמיר את מסת המומס למולים.
אז מחלקים את מספר המולים בריכוז המולרי כדי לקבל נפח של חצי ליטר. אם מוסיפים יותר מים, הנפח הכולל של התמיסה גדל, אבל מספר המולים של המומס נשאר זהה. משמעות הדבר היא שריכוז התמיסה פחת, או שהתמיסה נמהלה.
מהילה של תמיסה מרוכזת, או תמיסת אם, מבוצע באמצעות נוסחת המיהולים, המתקשרת את הנפחים והריכוזים המולריים של התמיסה לפני תהליך המהיליה ואחריו. הסימנים M1 ו-V1 מבטאים את הריכוז המולרי והנפח של התמיסה הראשונית, המרוכזת, ואילו M2 ו-V2 הם הריכוז המולרי והנפח של התמיסה הסופית, המהולה. לדוגמה, ניתן להשתמש בנוסחת המיהולים להכנת תמיסה של אשלגן פרמנגנט, שמשמשת בתחום הרפואה כחומר חיטוי כללי.
איזה נפח של תמיסת אם עם ריכוז מולרי של 2 נדרש להכנת ליטר תמיסת אשלגן פרמנגנט עם ריכוז מולרי של 0.2? כיוון שאנחנו יודעים מהם הערכים של M1, M2 ו-V2, פתרון המשוואה מראה לנו ש-V1 הוא 0.1 ליטר. לכן מוסיפים 0.1 ליטר של התמיסה האם לבקבוק כיול חדש, ומוסיפים ממס ליצירת ליטר של תמיסה עם ריכוז מולרי של 0.2.
לאחר שהתמיסה נמהל, על אף שהריכוז השתנה, מספר המולים של אשלגן פרמנגנט נשאר זהה.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What is molarity and how is it calculated?
Molarity (M) is the number of moles of solute per liter of solution, expressed in mol/L. To calculate molarity, divide the moles of solute by the total volume of solution in liters. For example, dissolving 1 mole of solute in a volumetric flask and filling to the 1-liter mark creates a 1-molar solution. The key is using the total solution volume, not just the solvent volume, since solutes can affect the overall volume.
Q2: Why is the total solution volume used in the molarity equation instead of solvent volume?
The total solution volume is used because solutes can change the volume of a solution depending on their interactions with the solvent. Using solvent volume alone would give an inaccurate concentration. The molarity equation accounts for this by including the combined volume of both solute and solvent, ensuring precise concentration measurements for chemical reactions in aqueous solutions.
Q3: How do you prepare a solution of specific molarity using a volumetric flask?
To prepare a solution of specific molarity, add the calculated moles of solute to a volumetric flask, then add solvent until the liquid reaches the marked line for your desired volume. For instance, to make 1 liter of a 1-molar solution, add 1 mole of solute and fill to the 1-liter mark. This ensures the total solution volume equals your target volume and produces the correct concentration.
Q4: What happens to the number of moles of solute when a solution is diluted?
The number of moles of solute remains constant during dilution. When solvent is added to a concentrated solution, the total volume increases but the amount of solute stays the same, causing the concentration to decrease. This principle is expressed mathematically as M1V1 = M2V2, where the product of molarity and volume equals moles before and after dilution.
Q5: How do you use the dilution equation to prepare a dilute solution from a stock solution?
The dilution equation M1V1 = M2V2 relates the molarity and volume of a stock solution to the desired dilute solution. Identify the known values: M1 and V1 from the stock solution, M2 and V2 from your target solution. Solve for the unknown variable, typically V1, to determine how much stock solution to transfer to a new flask, then add solvent to reach the final volume.
Q6: What is the difference between a dilute and concentrated solution?
A dilute solution has a small proportion of solute relative to solvent, resulting in low concentration. A concentrated solution has a large proportion of solute relative to solvent, resulting in high concentration. Concentrated solutions, called stock solutions, are often stored in laboratories and diluted as needed to create solutions of lower concentrations for specific applications.
Q7: Can you convert between mass of solute and solution volume using molarity?
Yes, molarity serves as a conversion factor between moles of solute and solution volume. First convert mass to moles using molar mass, then use molarity to find volume by dividing moles by molarity. For example, 237 grams of potassium permanganate converted to moles, then divided by 3 M, yields 0.5 liters of solution. This allows precise preparation of solutions with known concentrations.