ในวิชาเคมี สารละลายคือส่วนผสมที่เป็นเนื้อเดียวกันที่ประกอบด้วยสารตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไป สารละลายโมลาร์คือสารละลายเคมีชนิดหนึ่งซึ่งมีความเข้มข้นแสดงเป็นโมลของตัวถูกละลายต่อสารละลายหนึ่งลิตร แนวคิดนี้เป็นพื้นฐานในการศึกษาวิชาเคมี โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการดำเนินการทดลองในห้องปฏิบัติการและปฏิกิริยาเคมี
ก่อนที่จะเจาะลึกลงไปในสารละลายเกี่ยวกับฟันกราม จำเป็นต้องเข้าใจว่าไฝคืออะไร โมลเป็นหน่วยวัดที่ใช้ในวิชาเคมีเพื่อแสดงปริมาณสารเคมี หนึ่งโมลถูกกำหนดให้เป็นเอนทิตี \(6.022 \times 10^{23}\) ทุกประการ (อะตอม โมเลกุล ไอออน หรืออนุภาคอื่นๆ)
ขั้นตอนแรกในการเตรียมสารละลายโมลาร์คือการคำนวณมวลโมลาร์ของตัวถูกละลาย มวลโมลาร์คือมวลของสารหนึ่งโมลและมีหน่วยเป็นกรัมต่อโมล (g/mol) สามารถคำนวณได้โดยการรวมมวลอะตอมของอะตอมทั้งหมดในโมเลกุล
ตัวอย่างเช่น มวลโมลาร์ของน้ำ (H2O) คำนวณโดยการบวกมวลอะตอมของไฮโดรเจน 2 อะตอมและออกซิเจน 1 อะตอม ซึ่งเท่ากับ \(2 \times 1.008\) กรัม/โมล สำหรับไฮโดรเจนบวก \(16.00\) กรัม/ โมลแทนออกซิเจน ทำให้ได้มวลโมลโดยรวมเท่ากับ \(18.016\) กรัม/โมล
เมื่อหามวลโมลาร์ได้แล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการเตรียมสารละลายโมล ในการเตรียมสารละลาย 1 โมลาร์ (หนึ่งโมล) ของสาร จะต้องละลายมวลโมลของสารในตัวทำละลายที่เพียงพอจนได้สารละลายหนึ่งลิตร
ตัวอย่างเช่น ในการเตรียมสารละลายโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) ความเข้มข้น 1 โมลาร์ ซึ่งมีมวลโมลาร์ \(58.44\) กรัม/โมล นั้น \(58.44\) กรัมของ NaCl จะต้องละลายในน้ำมากพอที่จะทำให้ได้ปริมาตรสุดท้าย หนึ่งลิตร
ความเข้มข้นของสารละลายมักแสดงเป็นโมลต่อลิตร (M) สูตรคำนวณโมลาริตี (M) ของสารละลายคือ:
\(M = \frac{\textrm{โมลของตัวถูกละลาย}}{\textrm{ลิตรของสารละลาย}}\)ตัวอย่างเช่น ถ้า \(0.5\) โมลของกลูโคส (น้ำตาล) ละลายในน้ำ \(2\) ลิตร ความเข้มข้นของสารละลายกลูโคสจะเป็น:
\(M = \frac{0.5}{2} = 0.25\; M\)ซึ่งหมายความว่าสารละลายกลูโคสมีความเข้มข้น \(0.25\) โมลต่อลิตรหรือ \(0.25\) M
การเจือจางเป็นกระบวนการลดความเข้มข้นของตัวถูกละลายในสารละลาย โดยปกติโดยการเติมตัวทำละลายมากขึ้น ความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นและปริมาตรเริ่มต้นและขั้นสุดท้ายสามารถแสดงได้เป็น:
\(C_1V_1 = C_2V_2\)โดยที่ \(C_1\) และ \(C_2\) เป็นความเข้มข้นเริ่มต้นและขั้นสุดท้าย ตามลำดับ และ \(V_1\) และ \(V_2\) เป็นปริมาตรเริ่มต้นและขั้นสุดท้าย ตามลำดับ สูตรนี้มีประโยชน์ในการคำนวณปริมาณตัวทำละลายที่จำเป็นเพื่อให้ได้ความเข้มข้นที่ต้องการ
ตัวอย่างเช่น หากต้องการเจือจางสารละลายกรดไฮโดรคลอริก \(2\) M เป็น \(1\) M โดยการเพิ่มปริมาตรเป็นสองเท่า คุณจะต้องใช้สูตร \(C_1V_1 = C_2V_2\) สมมติว่า \(V_1\) เท่ากับ \(1\) ลิตร ในการค้นหา \(V_2\) คุณจะต้องจัดเรียงสูตรใหม่เป็น \(V_2 = \frac{C_1V_1}{C_2}\) แทนค่าต่างๆ คุณจะได้: \(V_2 = \frac{2 \times 1}{1} = 2\; \textrm{ลิตร}\)
ซึ่งหมายความว่าคุณจะต้องเพิ่มตัวทำละลายอีก \(1\) ลิตรลงในสารละลายกรดไฮโดรคลอริก \ \(1\) \(2\) M \(1\) ลิตรเพื่อให้ได้ความเข้มข้นสุดท้ายที่ \(1\) M
ลองจินตนาการว่าคุณกำลังทำการทดลองที่ต้องใช้สารละลายกรดซัลฟิวริก \(0.1\) M (H₂SO₄) และคุณต้องเตรียมสารละลายนี้ \(500\) ML ขั้นแรก คำนวณมวลโมลาร์ของกรดซัลฟิวริก ซึ่งก็คือ \(2 \times 1.008 + 32.07 + 4 \times 16.00 = 98.08\) กรัม/โมล วิธีค้นหาปริมาณ H₂SO₄ ที่จำเป็นสำหรับสารละลาย \(0.1\) M:
\(M = \frac{\textrm{โมลของตัวถูกละลาย}}{\textrm{ลิตรของสารละลาย}} \implies \textrm{โมลของตัวถูกละลาย} = M \times \textrm{ลิตรของสารละลาย}\)เนื่องจากปริมาตรต้องมีหน่วยเป็นลิตร ให้แปลง \(500\) มล. เป็น \(0.5\) ลิตร แล้ว,
\(\textrm{โมลของตัวถูกละลาย} = 0.1 \times 0.5 = 0.05\; \textrm{ตุ่น}\)หากต้องการค้นหามวลของ H₂SO₄ ที่ต้องการ ให้คูณโมลด้วยมวลโมล:
\(\textrm{มวล} = \textrm{ตุ่น} \times \textrm{มวลฟันกราม} = 0.05 \times 98.08 = 4.904\; \textrm{กรัม}\)ละลายกรดซัลฟิวริก \(4.904\) กรัมในน้ำให้เพียงพอเพื่อสร้างสารละลาย \(500\) มล. กระบวนการนี้แสดงให้เห็นว่าโมลาริตี ปริมาตร และมวลโมลาร์ถูกนำมาใช้ในห้องปฏิบัติการเชิงปฏิบัติเพื่อเตรียมสารละลายเฉพาะที่จำเป็นสำหรับการทดลองอย่างไร
สารละลายกรามมีความสำคัญในทางเคมีด้วยเหตุผลหลายประการ:
โดยสรุป โมลาริตีเป็นแนวคิดพื้นฐานในวิชาเคมีที่เกี่ยวข้องกับการคำนวณความเข้มข้นของสารละลาย ด้วยการทำความเข้าใจวิธีคำนวณและเตรียมสารละลายเกี่ยวกับฟันกราม นักเคมีจะสามารถควบคุมเงื่อนไขของการทดลองได้อย่างแม่นยำ นำไปสู่การค้นพบและความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ที่มีความหมาย
