Τι είναι η συγκέντρωση διαλύματος;
Το διάλυμα είναι ομογενές μείγμα: η διαλυμένη ουσία (άλας) διαλυμένη μόριο προς μόριο στον διαλύτη (νερό). Η συγκέντρωση απαντά στο μόνο ερώτημα που έχει τότε χημικό νόημα — πόσο πυκνό είναι; — επειδή οι αντιδράσεις γίνονται σωματίδιο προς σωματίδιο, και ένα πυκνό διάλυμα αντιδρά με διαφορετικό ρυθμό από ένα αραιό. Κάθε μονάδα συγκέντρωσης που έχει ποτέ εφευρεθεί είναι απλώς ένα κλάσμα: κάτι-ανά-κάτι. Με προσεκτική ανάγνωση των δύο «κάτι» καμία μονάδα δεν εκπλήσσει ποτέ.
Ο κανόνας που πρέπει να θυμάται κανείς: ο έλεγχος του αριθμητή και του παρονομαστή. Τα mol ανά λίτρο διαλύματος (M) και τα mol ανά χιλιόγραμμο διαλύτη (m) διαφέρουν περισσότερο από ένα γράμμα — οι παρονομαστές μετρούν διαφορετικά πράγματα.
Molarity, molality, normality: τρεις παρονομαστές
Η molarity (M) είναι mol διαλυμένης ουσίας ανά λίτρο διαλύματος — το εργαλείο του εργαστηρίου, επειδή οι πιπέτες και οι ογκομετρικές φιάλες μετρούν όγκο. Το μειονέκτημά της: ο όγκος διαστέλλεται με τη θερμοκρασία, οπότε το 1,0000 M στους 20 °C δεν είναι 1,0000 M στους 40 °C. Η molality (m) διαιρεί με χιλιόγραμμα διαλύτη, που η θερμότητα δεν αλλάζει — γι' αυτό η συλλογική ιδιότητα (μείωση σημείου πήξης, άνοδος σημείου βρασμού) την απαιτεί. Η normality (N) μετρά ισοδύναμα ανά λίτρο αντί για mol: ένα mol H2SO4 δίνει δύο ισοδύναμα οξέος, οπότε 0,5 M H2SO4 είναι 1 N — το πεδίο ισοδυνάμων του πάνελ (H2SO4 = 2, HCl = 1, H3PO4 = 3) είναι ακριβώς αυτή η μετατροπή. Για να παρασκευαστεί 1 L 0,1 M NaCl: ζυγίζονται 5,844 g, διαλύονται σε λιγότερο από ένα λίτρο, και στη συνέχεια συμπληρώνονται ακριβώς 1,000 L σε ογκομετρική φιάλη — ο τελικός όγκος, όχι το νερό που προστέθηκε.
Αραίωση: τα mol που ξεκινάς είναι τα mol που κρατάς
Η αραίωση προσθέτει διαλύτη, ποτέ διαλυμένη ουσία, οπότε τα mol διατηρούνται: C1V1 = C2V2 δεν είναι τίποτα άλλο από «mol πριν = mol μετά» με τον όγκο διαιρεμένο. Το δείγμα του πάνελ Αραίωση: απόθεμα 10 M, λήφθηκαν 50 mL, αραιώθηκαν σε 250 mL — η πενταπλάσια αύξηση όγκου μειώνει τη συγκέντρωση ακριβώς πενταπλάσια, C2 = 2,0000 M με συντελεστή αραίωσης 5,0×. Η ίδια λογιστική, αντίστροφα, λέει πόσο απόθεμα να μετρηθεί για δεδομένη συγκέντρωση — το καθημερινό ψωμί της παρασκευής ρυθμιστικών.
Ποσοστό και ppm: συγκέντρωση για την καθημερινή γλώσσα
Τα ποσοστιαία διαλύματα είναι λόγοι ανά εκατό, σε τρεις μορφές που δεν πρέπει ποτέ να συγχέονται: w/v (γραμμάρια στερεού ανά 100 mL διαλύματος — η προεπιλογή στα βιολογικά εργαστήρια), v/v (mL ανά 100 mL, για υγρό-σε-υγρό όπως η αιθανόλη), και w/w (γραμμάρια ανά 100 g, ανεπηρέαστη από τη συστολή όγκου). Το δείγμα του πάνελ ποσοστών: 5 g διαλυμένα σε 100 mL είναι 5% (w/v) = 50 g/L. Για πολύ αραιά υδατικά διαλύματα, το PPM αναλαμβάνει — ορισμένο για νερό ως mg/L επειδή ένα λίτρο αραιού διαλύματος ζυγίζει ουσιαστικά ένα κιλό. Το πάνελ PPM μετατρέπει ένα δείγμα παντού: 1 ppm = 1000 ppb = 106 ppt = 0,0001% = 1 mg/L.
Η γέφυρα της μοριακής μάζας
Οι συγκεντρώσεις εκφράζονται σε mol, αλλά οι φιάλες και οι ζυγαριές μιλούν γραμμάρια, και η μετάφραση μεταξύ τους είναι η μοριακή μάζα. Το NaCl ζυγίζει 58,440 g/mol (ο υπολογιστής το υπολογίζει από τις ίδιες ατομικές μάζες με τη σελίδα Μοριακή μάζα), οπότε η διάλυση 58,440 g και η αραίωση σε ακριβώς 1 L δίνει 1,0000 M — αυτή είναι όλη η συνταγή για ένα πρότυπο διάλυμα. Το πάνελ Molarity δέχεται είτε τύπο (η μάζα υπολογίζεται από τον ενσωματωμένο αναλυτή) είτε απλή μάζα, και στη συνέχεια αναφέρει mol, molarity, normality ή ppm δίπλα-δίπλα.
Συνηθισμένες παρανοήσεις
- Τα M και m είναι η ίδια μονάδα. Λίτρο διαλύματος έναντι χιλιογράμμου διαλύτη: για αραιά υδατικά διαλύματα σε θερμοκρασία δωματίου σχεδόν συμπίπτουν, γι' αυτό ακριβώς το πάνελ σημειώνει την έξοδο molality ως προσέγγιση.
- Το PPM σημαίνει το ίδιο παντού. Το mg/L είναι συντόμευση ειδική για νερό. Σε μείγματα αερίων και σε στερεά, το ppm είναι αυστηρά λόγος μάζας/μάζας (ή mol/mol).
- Η αραίωση αλλάζει την ποσότητα διαλυμένης ουσίας. Μόνο τη συγκέντρωση. Τα 50 mL των 10 M αποθέματος και τα 250 mL των 2 M προϊόντος περιέχουν τα ίδια 0,50 mol.
- Οι όγκοι είναι προσθετικοί. 50 mL αιθανόλης + 50 mL νερού δίνουν περίπου 97 mL — η ανάμιξη συστέλλει. Γι' αυτό τα ποσοστά v/v προσδιορίζουν «αραίωση μέχρι όγκο» αντί για «προσθήκη».
Σχετικά εργαλεία: Μοριακή μάζα (ο μεταφραστής γραμμαρίων↔mol), Εξισωτής εξισώσεων (στοιχειομετρία πάνω σε αυτά τα mol) και Οξέα-βάσεις (όπου οι συγκεντρώσεις γίνονται pH).
