Mi az oldatkoncentráció?
Az oldat homogén elegy: az oldott anyag (só) molekulánként oldódik az oldószerben (víz). A koncentráció arra a kérdésre válaszol, amely kémiailag ekkor számít: mennyire zsúfolt? — mert a reakciók részecskéről részecskére zajlanak, és a zsúfolt oldat másként reagál, mint a ritka. Minden eddig kitalált koncentrációegység csak egy tört: valami per valami. Ha a két „valamit” figyelmesen olvassuk, egyetlen egység sem lepheti meg.
Az egy megjegyzendő szabály: ellenőrizni kell a számlálót és a nevezőt. Az oldat literenkénti mólja (M) és az oldószer kilogrammonkénti mólja (m) több mint egy betűben különbözik — a nevezők mást mérnek.
Molaritás, molalitás, normalitás: három nevező
A molaritás (M) az oldott anyag mólja oldat literenként — a laboratórium munkalova, mert a pipetták és a térfogatmérő lombikok térfogatot mérnek. Gyengesége: a térfogat a hőmérséklettel tágul, így 1,0000 M 20 °C-on nem 1,0000 M 40 °C-on. A molalitás (m) oldószer kilogrammonként osztja, amelyet a hő nem változtat meg — ezért ragaszkodik hozzá a kolligatív munka (fagyáspont-csökkenés, forráspont-emelkedés). A normalitás (N) mólok helyett literenként ekvivalenseket számol: egy mól H2SO4 két savas ekvivalenst ad, így 0,5 M H2SO4 1 N — a panel ekvivalens-mezője (H2SO4 = 2, HCl = 1, H3PO4 = 3) pontosan ezt az átváltást végzi. 1 L 0,1 M NaCl elkészítéséhez: 5,844 g-ot kell lemérni, kevesebb mint egy liter vízben feloldani, majd térfogatmérő lombikban pontosan 1,000 L-re tölteni — a végső térfogat, nem a hozzáadott víz.
Hígítás: a kiinduló mólok a megtartott mólok
A hígítás oldószert ad hozzá, oldott anyagot soha, ezért a mólok megmaradnak: C1V1 = C2V2 nem más, mint „a mólok a hígítás előtt = a mólok utána”, a térfogattal elosztva. A Hígítás panel mintája: 10 M törzsoldat, 50 mL kivéve, 250 mL-re hígítva — a térfogat ötszörösre nő, a koncentráció pontosan ötszörösére csökken, C2 = 2,0000 M 5,0×-es hígítási tényezővel. Ugyanez a könyvelés fordítva megmondja, mennyi törzsoldatot kell kimérni egy célkoncentrációhoz — a pufferkészítés mindennapi kenyere.
Százalék és ppm: a mindennapi nyelv koncentrációja
A százalékos oldatok száz egységre jutó arányok, három változatban, amelyeket sosem szabad összetéveszteni: w/v (gramm szilárd anyag 100 mL oldatban — a biológiai laborok alapértelmezettje), v/v (mL 100 mL-ben, folyadékok folyadékban, például etanolnál), és w/w (gramm 100 g-ban, a térfogat-összehúzódásra nem érzékeny). A százalékpanel mintája: 5 g 100 mL-re oldva 5% (w/v) = 50 g/L. Nagyon híg vizes oldatoknál a PPM veszi át a szerepet — vízre mg/L-ként definiálva, mert egy liter híg oldat lényegében egy kilogrammot nyom. A PPM-panel egy mintát minden egységben átvált: 1 ppm = 1000 ppb = 106 ppt = 0,0001% = 1 mg/L.
A moláris tömeg híd
A koncentrációkat mólban adjuk meg, de a palackok és a mérlegek grammokban beszélnek, és az átváltás köztük a moláris tömeg. A NaCl 58,440 g/mol (a panel ugyanazokból az atomtömegekből számolja, mint a Moláris tömeg oldal), így 58,440 g feloldása és pontosan 1 L-re hígítás 1,0000 M-t ad — ez a standard oldat teljes receptje. A Molaritás-panel képletet (a tömeget a beépített elemző számolja) vagy egyszerű tömeget fogad el, majd egymás mellett jeleníti meg a mólokat, a molaritást, a normalitást vagy a ppm-et.
Gyakori tévhitek
- Az M és az m ugyanaz az egység. Oldatliter kontra oldószerkilogramm: híg vizes oldatnál szobahőmérsékleten szinte egybeesnek, éppen ezért címkézi a panel a molalitás-kimenetét közelítésként.
- A ppm mindenütt ugyanazt jelenti. A mg/L vízre szabott rövidítés. Gázelegyekben és szilárd anyagokban a ppm szigorúan tömeg/tömeg (vagy mól/mól) arány.
- A hígítás megváltoztatja az oldott anyag mennyiségét. Csak a koncentrációt. A minta 50 mL 10 M törzsoldata és 250 mL 2 M terméke azonos 0,50 mólt tartalmaz.
- A térfogatok nem összeadhatók. 50 mL etanol + 50 mL víz kb. 97 mL-t ad — a keverés összehúzódik. Ezért adják meg a v/v százalékok „térfogatra hígítva” formában, és nem „hozzáadva”.
Kapcsolódó eszközök: a Moláris tömeg (a gramm↔mól átváltó), az Egyenletrendező (sztöchiometria ezeken a mólokon), és a Sav-bázis (ahol a koncentrációk pH-vá válnak).
