Trong hóa học, dung dịch là hỗn hợp đồng nhất gồm hai hoặc nhiều chất. Dung dịch mol là một loại dung dịch hóa học trong đó nồng độ được biểu thị bằng số mol chất tan trên một lít dung dịch. Khái niệm này là nền tảng trong nghiên cứu hóa học, đặc biệt là trong việc thực hiện các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và các phản ứng hóa học.
Trước khi đi sâu hơn vào dung dịch mol, điều cần thiết là phải hiểu nốt ruồi là gì. Mol là đơn vị đo lường được sử dụng trong hóa học để biểu thị lượng chất hóa học. Một nốt ruồi được định nghĩa chính xác là các thực thể \(6.022 \times 10^{23}\) (nguyên tử, phân tử, ion hoặc các hạt khác).
Bước đầu tiên trong việc chuẩn bị dung dịch mol là tính khối lượng mol của chất tan. Khối lượng mol là khối lượng của một mol chất và được biểu thị bằng gam trên mol (g/mol). Nó có thể được tính bằng cách tính tổng khối lượng nguyên tử của tất cả các nguyên tử trong phân tử.
Ví dụ, khối lượng mol của nước (H2O) được tính bằng cách cộng khối lượng nguyên tử của hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy, bằng \(2 \times 1.008\) g/mol của hydro cộng với \(16.00\) g/ mol đối với oxy, thu được khối lượng mol tổng thể là \(18.016\) g/mol.
Sau khi xác định được khối lượng mol, bước tiếp theo là chuẩn bị dung dịch mol. Để chuẩn bị dung dịch 1 M (một mol) của một chất, người ta sẽ hòa tan khối lượng mol của chất đó trong dung môi đủ để tạo thành một lít dung dịch.
Ví dụ, để chuẩn bị dung dịch natri clorua (NaCl) 1 M, có khối lượng mol \(58.44\) g/mol, \(58.44\) gam NaCl sẽ được hòa tan trong nước đủ để tạo thành thể tích cuối cùng của một lít.
Nồng độ của dung dịch thường được biểu thị bằng mol trên lít (M). Công thức tính nồng độ mol (M) của dung dịch là:
\(M = \frac{\textrm{mol chất tan}}{\textrm{lít dung dịch}}\)Ví dụ: nếu \(0.5\) mol glucose (một loại đường) được hòa tan trong \(2\) lít nước thì nồng độ của dung dịch glucose sẽ là:
\(M = \frac{0.5}{2} = 0.25\; M\)Điều này có nghĩa là dung dịch glucose có nồng độ \(0.25\) mol trên lít hoặc \(0.25\) M.
Pha loãng là quá trình giảm nồng độ chất tan trong dung dịch, thường bằng cách thêm nhiều dung môi. Mối quan hệ giữa nồng độ và thể tích ban đầu và cuối cùng có thể được biểu thị như sau:
\(C_1V_1 = C_2V_2\)trong đó \(C_1\) và \(C_2\) lần lượt là nồng độ ban đầu và cuối cùng, còn \(V_1\) và \(V_2\) lần lượt là thể tích ban đầu và thể tích cuối cùng. Công thức này rất hữu ích trong việc tính toán lượng dung môi cần thiết để đạt được nồng độ mong muốn.
Ví dụ: để pha loãng dung dịch axit clohydric \(2\) M thành \(1\) M bằng cách tăng gấp đôi thể tích của nó, bạn sẽ sử dụng công thức \(C_1V_1 = C_2V_2\) . Giả sử \(V_1\) là \(1\) lít, để tìm \(V_2\) , bạn sắp xếp lại công thức thành \(V_2 = \frac{C_1V_1}{C_2}\) . Thay thế các giá trị, bạn nhận được: \(V_2 = \frac{2 \times 1}{1} = 2\; \textrm{lít}\)
Điều này có nghĩa là bạn sẽ cần thêm thêm \(1\) lít dung môi vào \(1\) lít dung dịch axit clohydric \(2\) M để đạt được nồng độ cuối cùng là \(1\) M.
Hãy tưởng tượng bạn đang tiến hành một thí nghiệm cần dung dịch axit sulfuric (H₂SO₄) \(0.1\) M và bạn cần chuẩn bị \(500\) mL dung dịch này. Đầu tiên, tính khối lượng mol của axit sulfuric, là \(2 \times 1.008 + 32.07 + 4 \times 16.00 = 98.08\) g/mol. Để tìm lượng H₂SO₄ cần thiết cho dung dịch \(0.1\) M:
\(M = \frac{\textrm{mol chất tan}}{\textrm{lít dung dịch}} \implies \textrm{mol chất tan} = M \times \textrm{lít dung dịch}\)Vì thể tích cần tính bằng lít, hãy đổi \(500\) mL thành \(0.5\) lít. Sau đó,
\(\textrm{mol chất tan} = 0.1 \times 0.5 = 0.05\; \textrm{nốt ruồi}\)Để tìm khối lượng H₂SO₄ cần thiết, hãy nhân số mol với khối lượng mol:
\(\textrm{khối} = \textrm{nốt ruồi} \times \textrm{khối lượng phân tử} = 0.05 \times 98.08 = 4.904\; \textrm{gam}\)Hòa tan \(4.904\) gam axit sulfuric trong nước vừa đủ để tạo thành dung dịch \(500\) mL. Quá trình này minh họa cách sử dụng nồng độ mol, thể tích và khối lượng mol trong môi trường phòng thí nghiệm thực tế để chuẩn bị các dung dịch cụ thể cần thiết cho thí nghiệm.
Dung dịch mol rất quan trọng trong hóa học vì nhiều lý do:
Tóm lại, nồng độ mol là một khái niệm cơ bản trong hóa học liên quan đến việc tính toán nồng độ của dung dịch. Bằng cách hiểu cách tính toán và chuẩn bị dung dịch mol, các nhà hóa học có thể kiểm soát các điều kiện thí nghiệm của họ với độ chính xác cao, dẫn đến những khám phá và tiến bộ khoa học có ý nghĩa.
