Čo je koncentrácia roztoku?
Roztok je homogénna zmes: rozpustená látka (soľ) rozpustená molekula po molekule v rozpúšťadle (voda). Koncentrácia odpovedá na jedinú otázku, ktorá vtedy chemicky záleží — aké nahusto je to? — pretože reakcie prebiehajú častica s časticou a nahusto zmiešaný roztok reaguje iným tempom než riedky. Každá jednotka koncentrácie, ktorá kedy vznikla, je len zlomok: niečo-na-niečo. Keď sa dve „niečo“ prečítajú pozorne, žiadna jednotka neprekvapí.
Jedno pravidlo na zapamätanie: treba skontrolovať čitateľa aj menovateľa. Móly na liter roztoku (M) a móly na kilogram rozpúšťadla (m) sa líšia viac než písmenom — menovatele merajú rozdielne veci.
Molarita, molalita, normalita: tri menovatele
Molarita (M) sú móly rozpustenej látky na liter roztoku — pracovný kôň laboratória, lebo pipety a odmerné banky merajú objem. Jej slabina: objem sa rozťahuje s teplotou, takže 1,0000 M pri 20 °C nie je 1,0000 M pri 40 °C. Molalita (m) delí kilogramami rozpúšťadla, ktoré teplo nemení — preto ju koligatívna práca (zníženie bodu tuhnutia, zvýšenie bodu varu) vyžaduje. Normalita (N) počíta ekvivalenty na liter namiesto mólov: jeden mól H2SO4 dodá dva kyslé ekvivalenty, takže 0,5 M H2SO4 je 1 N — políčko ekvivalentov v paneli (H2SO4 = 2, HCl = 1, H3PO4 = 3) je presne tento prevod. Na prípravu 1 L 0,1 M NaCl: zváži sa 5,844 g, rozpustí sa v menej ako litri a potom sa doplní presne na 1,000 L v odmernej banke — konečný objem, nie pridaná voda.
Riedenie: móly, s ktorými sa začína, sú móly, ktoré sa zachovajú
Riedenie pridáva rozpúšťadlo, nikdy rozpustenú látku, takže móly sa zachovávajú: C1V1 = C2V2 je len „móly pred = móly po“ s vydeleným objemom. Vzorka panelu Riedenie: 10 M zásoba, odobratých 50 mL, zriedené na 250 mL — päťnásobné zväčšenie objemu presne zníži koncentráciu päťkrát, C2 = 2,0000 M s faktorom riedenia 5,0×. Rovnaké účtovanie, spustené opačne, ukáže, koľko zásoby treba odmerať na cieľovú koncentráciu — každodenný chlieb prípravy pufrov.
Percentá a ppm: koncentrácia pre každodennú reč
Percentuálne roztoky sú pomery na sto, v troch variantoch, ktoré sa nesmú zamieňať: hm./obj. (gramy pevnej látky na 100 mL roztoku — štandard v biologických laboratóriách), obj./obj. (mL na 100 mL, pre kvapalinu v kvapaline, napríklad etanol) a hm./hm. (gramy na 100 g, odolné voči zmršťovaniu objemu). Vzorka percentového panelu: 5 g rozpustených na 100 mL je 5 % (hm./obj.) = 50 g/L. Pre veľmi zriedené vodné roztoky preberá slovo PPM — pre vodu definované ako mg/L, lebo liter zriedeného roztoku váži prakticky kilogram. Panel PPM prevedie jednu vzorku všade: 1 ppm = 1000 ppb = 106 ppt = 0,0001 % = 1 mg/L.
Most cez molárnu hmotnosť
Koncentrácie sa uvádzajú v móloch, ale váhy a fľaše hovoria gramami, a prevod medzi nimi je molárna hmotnosť. NaCl váži 58,440 g/mol (panel to vypočíta z tých istých atómových hmotností ako stránka Molárna hmotnosť), takže rozpustenie 58,440 g a doplnenie presne na 1 L dá 1,0000 M — to je celý recept na štandardný roztok. Panel Molarita prijme buď vzorec (hmotnosť vypočítaná vstavaným analyzátorom), alebo čistú hmotnosť, a potom vypíše móly, molaritu, normalitu alebo ppm vedľa seba.
Časté omyly
- M a m sú rovnaká jednotka. Liter roztoku verzus kilogram rozpúšťadla: pri zriedenej vode pri izbovej teplote sa takmer zhodujú, a práve preto panel označuje výstup molality ako približný.
- PPM znamená všade to isté. mg/L je skratka špecifická pre vodu. V plynových zmesiach a pevných látkach je ppm prísne pomer hmotnosť/hmotnosť (alebo mól/mól).
- Riedenie mení množstvo rozpustenej látky. Len koncentráciu. 50 mL 10 M zásoby a 250 mL 2 M produktu obsahujú identických 0,50 mol.
- Objemy sú aditívne. 50 mL etanolu + 50 mL vody dá približne 97 mL — zmiešavanie sa zmenšuje. Preto percentá objem/objem uvádzajú „doplniť na objem“, a nie „pridať“.
Súvisiace nástroje: Molárna hmotnosť (prevodník gramy↔móly), Vyrovnávač rovníc (stechiometria na týchto móloch) a Kyselina–zásada (kde sa koncentrácie menia na pH).
