U kemiji, otopina je homogena smjesa sastavljena od dvije ili više tvari. Molarna otopina je vrsta kemijske otopine gdje je koncentracija izražena u molovima otopljene tvari po litri otopine. Ovaj je koncept temeljni u proučavanju kemije, posebice u izvođenju laboratorijskih eksperimenata i kemijskih reakcija.
Prije nego što dublje zaronimo u molarne otopine, bitno je razumjeti što je madež. Mol je mjerna jedinica koja se koristi u kemiji za izražavanje količine kemijske tvari. Jedan mol definiran je kao točno \(6.022 \times 10^{23}\) entiteta (atoma, molekula, iona ili drugih čestica).
Prvi korak u pripremi molarne otopine je izračunavanje molarne mase otopljene tvari. Molarna masa je masa jednog mola tvari i izražava se u gramima po molu (g/mol). Može se izračunati zbrajanjem atomskih masa svih atoma u molekuli.
Na primjer, molarna masa vode (H2O) izračunava se zbrajanjem atomskih masa dva atoma vodika i jednog atoma kisika, što je jednako \(2 \times 1.008\) g/mol za vodik plus \(16.00\) g/ mol za kisik, dajući ukupnu molarnu masu od \(18.016\) g/mol.
Nakon što se odredi molarna masa, sljedeći korak je priprema molarne otopine. Da bi se pripremila 1 M (jedan molarna) otopina tvari, potrebno je otopiti molarnu masu tvari u dovoljno otapala da se dobije jedna litra otopine.
Na primjer, za pripremu 1 M otopine natrijevog klorida (NaCl), koja ima molarnu masu \(58.44\) g/mol, \(58.44\) grama NaCl bi se otopilo u dovoljno vode da se dobije konačni volumen od jedne litre.
Koncentracija otopine često se izražava u molovima po litri (M). Formula za izračunavanje molarnosti (M) otopine je:
\(M = \frac{\textrm{molovi otopljene tvari}}{\textrm{litara otopine}}\)Na primjer, ako se \(0.5\) molova glukoze (šećera) otopi u \(2\) litara vode, koncentracija otopine glukoze bila bi:
\(M = \frac{0.5}{2} = 0.25\; M\)To znači da otopina glukoze ima koncentraciju \(0.25\) mola po litri ili \(0.25\) M.
Razrjeđivanje je proces smanjenja koncentracije otopljene tvari u otopini, obično dodavanjem više otapala. Odnos između početne i konačne koncentracije i volumena može se izraziti kao:
\(C_1V_1 = C_2V_2\)gdje su \(C_1\) i \(C_2\) početna i konačna koncentracija, redom, a \(V_1\) i \(V_2\) početni i konačni volumen, redom. Ova je formula korisna za izračunavanje količine otapala potrebnog za postizanje željene koncentracije.
Na primjer, da biste razrijedili \(2\) M otopinu klorovodične kiseline na \(1\) M udvostručenjem njenog volumena, upotrijebili biste formulu \(C_1V_1 = C_2V_2\) . Pretpostavljajući da je \(V_1\) \(1\) litra, da biste pronašli \(V_2\) , preuredite formulu u \(V_2 = \frac{C_1V_1}{C_2}\) . Zamjenom vrijednosti dobivate: \(V_2 = \frac{2 \times 1}{1} = 2\; \textrm{litara}\)
To znači da biste trebali dodati još \(1\) litru otapala u \(1\) litru \(2\) M otopine klorovodične kiseline kako biste postigli konačnu koncentraciju od \(1\) M.
Zamislite da provodite eksperiment za koji je potrebna \(0.1\) M otopina sumporne kiseline (H₂SO₄), a vi morate pripremiti \(500\) mL te otopine. Prvo izračunajte molarnu masu sumporne kiseline, koja je \(2 \times 1.008 + 32.07 + 4 \times 16.00 = 98.08\) g/mol. Da biste pronašli količinu H₂SO₄ potrebnu za \(0.1\) M otopinu:
\(M = \frac{\textrm{molovi otopljene tvari}}{\textrm{litara otopine}} \implies \textrm{molovi otopljene tvari} = M \times \textrm{litara otopine}\)Budući da volumen treba biti u litrama, pretvorite \(500\) mL u \(0.5\) litara. Zatim,
\(\textrm{molovi otopljene tvari} = 0.1 \times 0.5 = 0.05\; \textrm{madeži}\)Da biste pronašli potrebnu masu H₂SO₄, pomnožite molove s molarnom masom:
\(\textrm{masa} = \textrm{madeži} \times \textrm{molekulska masa} = 0.05 \times 98.08 = 4.904\; \textrm{grama}\)Otopite \(4.904\) grama sumporne kiseline u dovoljno vode da dobijete \(500\) mL otopine. Ovaj proces ilustrira kako se molarnost, volumeni i molarna masa koriste u praktičnim laboratorijskim postavkama za pripremu specifičnih otopina potrebnih za eksperimente.
Molarne otopine ključne su u kemiji iz nekoliko razloga:
Zaključno, molarnost je temeljni koncept u kemiji koji uključuje izračunavanje koncentracije otopina. Razumijevajući kako izračunati i pripremiti molarne otopine, kemičari mogu kontrolirati uvjete svojih eksperimenata s velikom preciznošću, što dovodi do značajnih znanstvenih otkrića i napretka.
