غلظت مولی: زبان سنجش مقدار ماده
غلظت چیست و چرا به کمّیسازی نیاز داریم؟
فرض کنید دو لیوان آب دارید. در یکی یک قاشق شکر و در دیگری پنج قاشق شکر ریختهاید. به طور شهودی میگویید لیوان دوم غلیظتر است. مفهوم غلظت3 دقیقاً بیان کمّی همین احساس است. در علوم، باید بتوانیم دقیقاً بگوییم چه مقدار از یک ماده (حلشونده4) در چه حجمی از حلال5 حل شده است. غلظت مولی، معیاری دقیق و استاندارد برای این کار است.
فرمول اصلی آن به صورت زیر است:
$M = \frac{n}{V}$
که در آن:
M: غلظت مولی با واحد مول بر لیتر (mol/L یا M)
n: تعداد مولهای حلشونده
V: حجم کل محلول بر حسب لیتر (L)
مول و جرم مولی: سنگبنای محاسبه
قبل از محاسبهی غلظت مولی، باید مفهوم مول را درک کنیم. مول واحد شمارش ذرات بسیار ریز (اتمها، مولکولها، یونها) است. یک مول از هر ماده، شامل 6.022 × 10^23 ذره (عدد آووگادرو6) از آن ماده است. جرم مولی7 (M) جرم یک مول از یک ماده است. واحد آن گرم بر مول (g/mol) است و از روی جرم اتمی عناصر در جدول تناوبی به دست میآید.
برای مثال، جرم مولی آب ($H_2O$) برابر است با: $(2 × 1.008) + (1 × 16.00) = 18.016 g/mol$ (تقریباً 18 g/mol). یعنی 18 گرم آب، معادل یک مول آب و شامل 6.022 × 10^23 مولکول آب است.
| ماده (فرمول) | محاسبه جرم مولی (g/mol) | نتیجه تقریبی |
|---|---|---|
| نمک خوراکی ($NaCl$) | جرم اتمی Na: 23.0 + Cl: 35.5 | 58.5 g/mol |
| شکر ($C_{12}H_{22}O_{11}$) | (12×12.0) + (22×1.0) + (11×16.0) | 342.0 g/mol |
| هیدروکلریک اسید ($HCl$) | جرم اتمی H: 1.0 + Cl: 35.5 | 36.5 g/mol |
گامبهگام: از جرم تا غلظت مولی
محاسبهی غلظت مولی یک محلول شامل چند مرحلهی منطقی است. برای درک بهتر، این مثال را دنبال کنید: میخواهیم 500 میلیلیتر محلول 0.5 مولار از نمک طعام ($NaCl$) تهیه کنیم. جرم مولی نمک طعام 58.5 g/mol است.
گام اول: محاسبه تعداد مولهای مورد نیاز. با استفاده از فرمول اصلی $M = n/V$، تعداد مولها را محاسبه میکنیم. حجم باید بر حسب لیتر باشد: 500 mL = 0.5 L.
$n = M × V = 0.5 mol/L × 0.5 L = 0.25 mol$
گام دوم: تبدیل مول به جرم. از رابطهی $n = \frac{g}{M}$ استفاده میکنیم که در آن g جرم بر حسب گرم و M جرم مولی است.
$g = n × M = 0.25 mol × 58.5 g/mol = 14.625 g$
گام سوم: تهیه محلول.14.625 گرم نمک را با ترازو دقیقاً اندازه میگیریم. آن را در یک بشر با مقداری آب مقطر حل میکنیم. سپس محلول را به یک بالن ژوژه8500 mL منتقل کرده و تا خط نشانه، آب مقطر اضافه میکنیم. حالا ما دقیقاً 500 mL محلول 0.5 M نمک داریم.
غلظت مولی در زندگی و آزمایشگاه
این مفهوم فقط در کتابهای شیمی نیست. وقتی پزشک دارویی را با دوز مشخص تجویز میکند، در واقع در حال کار با غلظت است. سرمهای بیمارستانی مانند سرم نمکی (نرمال سالین) معمولاً یک محلول 0.9% وزنی/حجمی از $NaCl$ است که تقریباً معادل 0.15 M است. در صنایع غذایی، برای کنترل شیرینی یا شوری محصولات از این محاسبات استفاده میشود.
در آزمایشگاه، بیشتر واکنشها بین محلولها انجام میشود. استفاده از غلظت مولی این مزیت بزرگ را دارد که به جای شمارش مولکولها، میتوان با حجمهایی از محلولها کار کرد. برای مثال، اگر بدانیم 1 mL از یک اسید 1 M حاوی 0.001 مول از آن اسید است، میتوانیم به راحتی با استفاده از ابزاری مانند پیپت یا بورت، مقدار دقیق ماده را اندازهگیری و با مادهی دیگر وارد واکنش کنیم.
| حوزه | کاربرد مثال | غلظت نمونه |
|---|---|---|
| آزمایشگاه شیمی | تیتراسیون اسید و باز | 0.1 M NaOH |
| استخر شنا | تنظیم کلر آب برای ضدعفونی | غلظت بسیار کم (در حد ppm) |
| آکواریومداری | تنظیم مواد معدنی و داروها | محلولهای رقیق |
| پخت نان و شیرینی | تهیهی شربت شکر برای آیسینگ | محلول شکر غلیظ |
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
بله، معمولاً تغییر میکند. زیرا حجم مایعات با دما تغییر میکند (منبسط یا منقبض میشوند). از آنجا که در فرمول $M = n/V$، حجم (V) در مخرج کسر است، افزایش دما و در نتیجه افزایش حجم، باعث کاهش غلظت مولی میشود و برعکس. تعداد مولها (n) با دما ثابت میماند.
بله، گرم بر لیتر یک روش دیگر برای بیان غلظت است. اما یک تفاوت عمده دارد: در گرم بر لیتر، نوع ماده مشخص نیست. 10 g/L نمک با 10 g/L شکر، تعداد مولکولهای کاملاً متفاوتی دارند زیرا جرم مولی متفاوتی دارند. اما مولاریته (mol/L) مستقیماً تعداد ذرات را نشان میدهد. به همین دلیل در واکنشهای شیمیایی که شمارش ذرات مهم است، از مولاریته استفاده میشود.
یک اشتباه رایج این است که فکر کنیم برای تهیه یک لیتر محلول 1 M از یک ماده، باید یک مول از آن را در یک لیتر آب حل کنیم. این درست نیست! باید یک مول ماده را در مقداری حلال حل کرد و سپس حجم کل محلول را به یک لیتر رساند. تفاوت این دو روش در حجم نهایی است. در روش اشتباه، حجم نهایی بیشتر از یک لیتر خواهد شد (چون حجم خود مادهی حلشونده نیز اضافه میشود) و غلظت کمتر از 1 M میشود.
پاورقی
1 غلظت مولی (Molar Concentration) - 2 مقدار ماده (Amount of Substance) - 3 غلظت (Concentration) - 4 حلشونده (Solute) - 5 حلال (Solvent) - 6 عدد آووگادرو (Avogadro's Number) - 7 جرم مولی (Molar Mass) - 8 بالن ژوژه (Volumetric Flask)
