У хімії розчин - це однорідна суміш, що складається з двох або більше речовин. Молярний розчин — це тип хімічного розчину, де концентрація виражається в молях розчиненої речовини на літр розчину. Ця концепція є основоположною у вивченні хімії, зокрема у виконанні лабораторних експериментів і хімічних реакцій.
Перш ніж занурюватися глибше в молярні розчини, важливо зрозуміти, що таке моль. Моль — це одиниця вимірювання, яка використовується в хімії для вираження кількості хімічної речовини. Один моль визначається як \(6.022 \times 10^{23}\) одиниць (атомів, молекул, іонів або інших частинок).
Першим кроком у приготуванні молярного розчину є обчислення молярної маси розчиненої речовини. Молярна маса — це маса одного моля речовини і виражається в грамах на моль (г/моль). Його можна обчислити, підсумувавши атомні маси всіх атомів у молекулі.
Наприклад, молярна маса води (H2O) обчислюється додаванням атомних мас двох атомів водню та одного атома кисню, що дорівнює \(2 \times 1.008\) г/моль для водню плюс \(16.00\) г/ моль для кисню, що дає загальну молярну масу \(18.016\) г/моль.
Після визначення молярної маси наступним кроком є приготування молярного розчину. Щоб приготувати 1 М (один молярний) розчин речовини, потрібно розчинити молярну масу речовини в розчиннику, достатньому для отримання одного літра розчину.
Наприклад, щоб приготувати 1 М розчин хлориду натрію (NaCl), молярна маса якого дорівнює \(58.44\) г/моль, \(58.44\) грамів NaCl слід розчинити у достатній кількості води, щоб отримати кінцевий об'єм одного літра.
Концентрація розчину часто виражається в молях на літр (М). Формула для обчислення молярності (M) розчину така:
\(M = \frac{\textrm{молей розчиненої речовини}}{\textrm{літрів розчину}}\)Наприклад, якщо \(0.5\) моля глюкози (цукру) розчинити в \(2\) літрах води, концентрація розчину глюкози буде:
\(M = \frac{0.5}{2} = 0.25\; M\)Це означає, що розчин глюкози має концентрацію \(0.25\) моль на літр або \(0.25\) М.
Розведення — це процес зменшення концентрації розчиненої речовини в розчині, зазвичай шляхом додавання більшої кількості розчинника. Співвідношення між початковою та кінцевою концентраціями та об’ємами можна виразити так:
\(C_1V_1 = C_2V_2\)де \(C_1\) і \(C_2\) - початкова і кінцева концентрації відповідно, а \(V_1\) і \(V_2\) - початковий і кінцевий об'єми відповідно. Ця формула корисна для розрахунку кількості розчинника, необхідного для досягнення потрібної концентрації.
Наприклад, щоб розбавити \(2\) М розчин хлоридної кислоти до \(1\) М шляхом подвоєння його об’єму, ви повинні використати формулу \(C_1V_1 = C_2V_2\) . Припустивши, що \(V_1\) дорівнює \(1\) літру, щоб знайти \(V_2\) , ви змінюєте формулу на \(V_2 = \frac{C_1V_1}{C_2}\) . Підставивши значення, ви отримаєте: \(V_2 = \frac{2 \times 1}{1} = 2\; \textrm{літрів}\)
Це означає, що вам потрібно додати додатковий \(1\) літр розчинника до \(1\) літра \(2\) М розчину соляної кислоти, щоб досягти кінцевої концентрації \(1\) М.
Уявіть, що ви проводите експеримент, для якого потрібен \(0.1\) М розчин сульфатної кислоти (H₂SO₄), і вам потрібно приготувати \(500\) мл цього розчину. Спочатку обчисліть молярну масу сульфатної кислоти, яка становить \(2 \times 1.008 + 32.07 + 4 \times 16.00 = 98.08\) г/моль. Щоб знайти кількість H₂SO₄, необхідну для \(0.1\) М розчину:
\(M = \frac{\textrm{молей розчиненої речовини}}{\textrm{літрів розчину}} \implies \textrm{молей розчиненої речовини} = M \times \textrm{літрів розчину}\)Оскільки об’єм має бути в літрах, переведіть \(500\) мл у \(0.5\) літрів. Потім,
\(\textrm{молей розчиненої речовини} = 0.1 \times 0.5 = 0.05\; \textrm{родимки}\)Щоб знайти необхідну масу H₂SO₄, помножте молі на молярну масу:
\(\textrm{маса} = \textrm{родимки} \times \textrm{молярна маса} = 0.05 \times 98.08 = 4.904\; \textrm{грамів}\)Розчиніть \(4.904\) грам сірчаної кислоти у достатній кількості води, щоб отримати \(500\) мл розчину. Цей процес ілюструє, як молярність, об’єми та молярна маса використовуються в практичних лабораторних умовах для приготування конкретних розчинів, необхідних для експериментів.
Молярні розчини мають вирішальне значення в хімії з кількох причин:
Підсумовуючи, молярність є фундаментальним поняттям у хімії, яке передбачає обчислення концентрації розчинів. Розуміючи, як розраховувати та готувати молярні розчини, хіміки можуть контролювати умови своїх експериментів з великою точністю, що призводить до значущих наукових відкриттів і досягнень.
