Nồng độ dung dịch là gì?
Dung dịch là hỗn hợp đồng thể: chất tan (muối) hòa tan từng phân tử trong dung môi (nước). Nồng độ trả lời câu hỏi duy nhất quan trọng về mặt hóa học — nó đặc đến mức nào? — vì phản ứng xảy ra hạt với hạt, và một dung dịch đặc phản ứng với nhịp độ khác dung dịch loãng. Mọi đơn vị nồng độ từng được phát minh chỉ là một phân số: cái gì-trên-cái gì. Đọc kỹ hai “cái gì” đó thì sẽ không đơn vị nào làm bạn bất ngờ.
Quy tắc duy nhất cần nhớ: hãy kiểm tra cả tử số và mẫu số. Mol trên lít dung dịch (M) và mol trên kilogram dung môi (m) khác nhau hơn một chữ cái — các mẫu số đo những thứ khác nhau.
Molarity, molality, normality: ba mẫu số
Molarity (M) là số mol chất tan trên mỗi lít dung dịch — con ngựa thồ của phòng thí nghiệm, vì pipet và bình định mức đo thể tích. Điểm yếu của nó: thể tích giãn nở theo nhiệt độ, nên 1,0000 M ở 20 °C không phải là 1,0000 M ở 40 °C. Molality (m) chia cho kilogram dung môi, thứ mà nhiệt không thay đổi — đó là lý do công việc thuộc tính đối hợp (hạ điểm đông, tăng điểm sôi) đòi hỏi nó. Normality (N) đếm đương lượng trên lít thay vì mol: một mol H2SO4 cung cấp hai đương lượng axit, nên H2SO4 0,5 M là 1 N — trường đương lượng của khung (H2SO4 = 2, HCl = 1, H3PO4 = 3) chính là phép chuyển đổi đó. Để pha 1 L NaCl 0,1 M: cân 5,844 g, hòa tan trong dưới một lít, rồi thêm đến đúng 1,000 L trong bình định mức — đó là thể tích cuối cùng, không phải lượng nước thêm vào.
Pha loãng: số mol bạn bắt đầu bằng là số mol bạn giữ lại
Pha loãng chỉ thêm dung môi, không thêm chất tan, nên số mol được bảo toàn: C1V1 = C2V2 chẳng khác gì “số mol trước = số mol sau” với thể tích được chia đi. Mẫu của khung Pha loãng: dung dịch gốc 10 M, lấy 50 mL, pha loãng đến 250 mL — thể tích tăng năm lần làm nồng độ giảm đúng năm lần, C2 = 2,0000 M với hệ số pha loãng 5,0×. Cùng phép ghi chép đó, chạy ngược lại, cho bạn biết cần đo bao nhiêu dung dịch gốc để đạt nồng độ mục tiêu — cơm bánh hằng ngày của việc pha dung dịch đệm.
Phần trăm và ppm: nồng độ trong đời sống hằng ngày
Dung dịch phần trăm là tỷ lệ trên một trăm, có ba loại không bao giờ được nhầm: w/v (gram chất rắn trên 100 mL dung dịch — mặc định trong phòng thí nghiệm sinh học), v/v (mL trên 100 mL, dùng cho lỏng trong lỏng như ethanol), và w/w (gram trên 100 g, không bị ảnh hưởng bởi thể tích co lại). Mẫu của khung phần trăm: 5 g hòa tan thành 100 mL là 5% (w/v) = 50 g/L. Với dung dịch nước rất loãng, PPM đảm nhận — với nước được định nghĩa là mg/L vì một lít dung dịch loãng về cơ bản nặng một kilogram. Khung PPM chuyển một mẫu ở mọi nơi: 1 ppm = 1000 ppb = 106 ppt = 0,0001% = 1 mg/L.
Cầu nối khối lượng mol
Nồng độ được nêu theo mol nhưng chai lọ và cân thì nói theo gram, và phép dịch giữa chúng là khối lượng mol. NaCl nặng 58,440 g/mol (khung tính nó từ cùng khối lượng nguyên tử như trang Khối lượng mol), nên hòa tan 58,440 g và pha loãng đến đúng 1 L cho 1,0000 M — đó là toàn bộ công thức của một dung dịch chuẩn. Khung Molarity nhận hoặc công thức (khối lượng tính bằng bộ phân tích có sẵn) hoặc khối lượng thường, rồi báo cáo số mol, molarity, normality hoặc ppm cạnh nhau.
Những hiểu lầm phổ biến
- M và m là cùng một đơn vị. Lít dung dịch so với kilogram dung môi: với nước loãng ở nhiệt độ phòng chúng gần như trùng nhau, đó chính xác là lý do bảng ghi nhãn kết quả molality là xấp xỉ.
- PPM có cùng nghĩa ở mọi nơi. mg/L là một đường tắt riêng cho nước. Trong hỗn hợp khí và chất rắn, ppm chặt chẽ là tỷ số khối lượng/khối lượng (hoặc mol/mol).
- Pha loãng làm thay đổi lượng chất tan. Chỉ thay đổi nồng độ. 50 mL dung dịch gốc 10 M và 250 mL sản phẩm 2 M của mẫu chứa cùng 0,50 mol.
- Thể tích có tính cộng. 50 mL ethanol + 50 mL nước cho khoảng 97 mL — khi trộn thì thể tích co lại. Đó là lý do phần trăm v/v ghi “pha loãng đến thể tích” thay vì “thêm”.
Công cụ liên quan: Khối lượng mol (bộ dịch gram↔mol), Máy cân bằng phương trình (hóa lượng trên các mol này), và Axit–Bazơ (nơi nồng độ trở thành pH).
