1. Co to jest stężenie molowe ?

Kiedy mówiliśmy o stężeniu procentowym, to najważniejszym przesłaniem było to, że nie ma tam żadnego wzoru do nauczenia się na pamięć. Stężenie procentowe jedynie określało jaką część masy całego roztworu stanowi masa substancji, która nas interesuje.

W przypadku roztworów bardzo wygodnie jest posługiwać się objętością, więc fajnie byłoby ją sobie wprowadzić do wzorów. Idąc dalej, zastanówmy się jak można wyrazić ilość substancji? Oczywiście do głowy przychodzi masa substancji (czyli nasze gramy), ale pomyślmy jeszcze odrobinkę. Jak chemicy najbardziej lubią przedstawiać ilość substancji?

Oczywiście będzie to mol, liczba moli! Więc tak samo jak stężenie procentowe określało jaka część masy całego roztworu stanowi substancja, tak tutaj będziemy zadawać sobie właściwie to samo pytanie, tylko będziemy chcieli się dowiedzieć, jak dużo moli substancji mamy w roztworze o jakiejś objętości. Zobaczmy :

I widzisz, ucząc się jedynie wzorów, definicji, nie ma się szans zauważyć takich rzeczy, że takie stężenie molowe to niemalże to samo co stężenie procentowe. A przynajmniej, bardzo, bardzo podobne.

Licząc stężenie procentowe potrzebowaliśmy masę substancji rozpuszczonej oraz masę całego roztworu. Masę substancji można bez problemu przeliczyć na liczbę moli tej substancji (korzystamy z masy molowej), natomiast masę całego roztworu też bez problemu da się przeliczyć na objętość całego roztworu (wystarczy znać gęstość tego roztworu). I co, nagle otrzymaliśmy stężenie molowe.

A czemu tak robimy? Bo jest po prostu wygodnie, jednak w praktyce spotkasz się z oboma wersjami stężeń. Oba stężenia, molowe oraz procentowe, określają tak naprawdę to samo : ile mamy substancji w roztworze, dużo czy mało?

Im wyższe stężenie (molowe lub procentowe) tym więcej substancji znajduje się w roztworze. To takie proste.

Ważne jest to, aby definicje stężenia czy to molowego czy procentowego realnie zrozumieć. Pomimo, że jest to definicja (czyli coś wymyślonego, coś co teoretycznie trzeba się nauczyć), to jesteśmy w stanie złapać tą ideę, która przyświecała chemikom, którzy to wprowadzili.

Jak widzisz, użyłem tutaj c (od ang. słowa concentration) jako symbolu stężenia molowego, ale funkcjonuje także skrót c_m .

2. Jaką jednostkę ma stężenie molowe

Pozostaje nam kwestia jednostki stężenia molowego. Generalnie nic nie stoi na przeszkodzie, aby wyrażać ją jak tylko Wam się podoba, ale w 99,9% będzie to mol na decymetr sześcienny. Może to być zapisane jako mol • dm^ー3 l ub mol /dm³ .

Kiedy jednak możemy spotkać się z innymi jednostkami^[1] ?

Jeszcze inna ważna uwaga, że kiedyś używano symbolu dużej literki M, która oznaczała właśnie mol • dm^ー3 . Obecnie jest to raczej niezalecane i lepiej tak nie pisać.

3. Jak przekształcić stężenie procentowe na stężenie molowe ?

Chciałbym znać odpowiedź na to pytanie, kiedy pisałem szkolną kartkówkę. Słodko-gorzką kartkówkę, bo w sumie po 10 minutach samemu wyprowadziłem ten wzór, ale to było jedyne co na tej kartkówce zrobiłem, bo wtedy nauczycielka zabrała kartki, więc to była najbardziej satysfakcjonująca jedynka w moim życiu.

Odpowiedź na to, jak przekształcić stężenie procentowe na stężenie molowe już po części pojawiła się na samym początku, kiedy tłumaczyliśmy czym tak naprawdę jest stężenie molowe. Do tego przekształcenia będzie nam potrzebna gęstość roztworu oraz masa molowa substancji. Wypiszmy wszystkie wzory :

Podstawiając za n do wzoru na stężenie molowe otrzymujemy :

Ze wzoru na gęstość możemy zapożyczyć objętość, najpierw tylko przekształcając wzór :

Podstawiamy :

Zobaczmy co się stało. Skorzystałem z tego, że dzielenie to mnożenie przez odwrotność, dlatego nagle gęstość pojawiła się na górze, a masa molowa (M) na dole. Powstało nam wyrażenie, gdzie mamy m_s / m_r , a to przecież nic innego jak stężenie procentowe! Ale uwaga, stężenie procentowe zostało tu już w domyśle zamienione na ułamek, tak jak to liczyliśmy w zadaniach ze stężeniem procentowym (link).

Jeśli ktoś natomiast nie lubi takiego podejścia, to tutaj jest delikatnie zmodyfikowany wzór z procentami :

4. Tylko nie pomyl się w jednostkach !

Klasyczny błąd podczas używania równania, które sobie właśnie wyprowadziliśmy jest zły dobór jednostek. Zobacz na poniższe podsumowanie, aby dobrze to ogarnąć.

Wymienię teraz kilka klasycznych błędów podczas używania tego wzoru :

➦ podstawianie gęstości w g/cm³ . Ogólnie nie ma problemu, można tak robić, po prostu otrzymujesz stężenie molowe w jednostce mol/cm³ .

➦ błędy przy zamianie jednostek gęstości. Dla przypomnienia : 1 g/cm³ = 1000 g/dm³

➦ nie pisanie jednostki stężenia na końcu, gdy piszesz wynik. Nie możesz napisać po prostu, że c = 0,02 i tyle… Trzeba podać jednostkę!

Teraz zapraszam na kolejny post, w którym przećwiczymy to na zadaniach. Samo patrzenie na wzory nic nie da!

---

^[1] Typowo w diagnostyce laboratoryjnej, gdzie mierzy się naprawdę różne parametry. Spotkamy tam całą plejadę różnych jednostek, jak mmol/l , μmol/dm³ i wiele innych. Stężenia niektórych jonów czy związków w organizmie jest niekiedy bardzo, bardzo małe, więc wyrażenie tego w molach dawałoby dość głupio wyglądające liczby. To tak jakby pójść do sklepu i zamówić : ,,poproszę 0,0005 tony mięsa mielonego„. Generalnie medycyna i jednostki SI to za wiele wspólnego nie mają.