Kalkulator molalności
Oblicz molalność roztworu w mol/kg. Podaj ilość substancji rozpuszczonej jako masę lub liczbę moli, a także masę rozpuszczalnika, i natychmiast otrzymaj liczbę moli substancji oraz molalność.
Oblicz molalność na podstawie substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika
Wzór na molalność
Gdzie:
- \(b\) — molalność roztworu (mol/kg)
- \(n_{\text{substancji}}\) — ilość substancji rozpuszczonej w molach (mol)
- \(m_{\text{rozpuszczalnika}}\) — masa samego rozpuszczalnika w kilogramach (kg)
- \(m_{\text{substancji}}\) — masa substancji rozpuszczonej w gramach (g)
- \(M\) — masa molowa substancji rozpuszczonej (g/mol)
Molalność definiuje się jako liczbę moli substancji rozpuszczonej w jednym kilogramie rozpuszczalnika. Jeśli ilość substancji jest już znana w molach, pierwsze równanie stosuje się bezpośrednio; jeśli znana jest tylko masa, najpierw przelicza się ją na mole za pomocą drugiego równania.
Molalność – przykład obliczenia
Przykład: 58,44 g chlorku sodu (NaCl, masa molowa 58,44 g/mol) rozpuszczono w 500 g wody. Oblicz molalność roztworu.
\[ n = \frac{58,44 \text{ g}}{58,44 \text{ g/mol}} = 1 \text{ mol} \]
\[ m_{\text{rozpuszczalnika}} = 500 \text{ g} = 0{,}5 \text{ kg} \]
\[ b = \frac{1 \text{ mol}}{0{,}5 \text{ kg}} = 2 \text{ mol/kg} \]
Wynik: roztwór ma molalność 2 mol/kg (2-molalny, czyli 2 m, roztwór NaCl).
Jak korzystać z kalkulatora molalności
- Wybierz sposób wprowadzania danych: zaznacz „Masa substancji + masa molowa”, jeśli znasz masę substancji rozpuszczonej, albo „Ilość substancji w molach”, jeśli masz już liczbę moli.
- Jeśli wybrałeś metodę masową, wpisz masę substancji i wybierz jej jednostkę (g, mg, kg, lb lub oz), a następnie podaj masę molową substancji w g/mol. Dla typowych substancji użyj wartości takich jak 58,44 dla NaCl czy 180,16 dla glukozy.
- Jeśli wybrałeś metodę molową, wpisz bezpośrednio ilość substancji (mole).
- Podaj masę rozpuszczalnika i wybierz jej jednostkę. Musi to być masa samego rozpuszczalnika (np. wody), a nie całkowita masa roztworu.
- Odczytaj wyniki: molalność w mol/kg wraz z obliczoną liczbą moli substancji oraz masą rozpuszczalnika przeliczoną na kilogramy.
Czym jest molalność?
Molalność (symbol \(b\), czasem zapisywany \(m\)) to miara stężenia roztworu: mówi, ile moli substancji rozpuszczonej przypada na każdy kilogram rozpuszczalnika. W przeciwieństwie do molowości, wyrażanej na litr roztworu, molalność opiera się wyłącznie na masie rozpuszczalnika. Dzięki temu nie zależy od temperatury ani ciśnienia, ponieważ masa nie zmienia się, gdy ciecz się rozszerza lub kurczy.
Roztwór o stężeniu 1 mol/kg (często nazywany „1-molalnym” lub „1 m”) zawiera jeden mol substancji na kilogram rozpuszczalnika. W powyższym przykładzie 1 mol NaCl w 0,5 kg wody daje 2 mol/kg — dwa razy większe stężenie niż w roztworze 1 m.
Molalność jest szczególnie ważna w dziedzinach, w których temperatura ulega zmianom. Występuje w równaniach podwyższenia temperatury wrzenia i obniżenia temperatury krzepnięcia (własności koligatywne), w pomiarach kryoskopowych i ebulioskopowych oraz w zależnościach termodynamicznych związanych z aktywnością rozpuszczalnika. W pracy laboratoryjnej w stałej temperaturze wygodniejsza jest jednak często molowość lub procent masowy; zobacz kalkulator rozcieńczania C1V1 = C2V2 do obliczeń opartych na stężeniu.
Ponieważ molalność jest zdefiniowana na kilogram rozpuszczalnika, te same ilości substancji i rozpuszczalnika zawsze dają tę samą molalność, niezależnie od gęstości cieczy czy temperatury w laboratorium. Aby pójść w drugą stronę — od zważonej próbki do liczby cząstek — przydać się może także przelicznik atomów na mole.
Założenia, ograniczenia i wskazówki
- Masa rozpuszczalnika, nie masa roztworu. Najczęstszym błędem jest wpisanie całkowitej masy roztworu. Jeśli znasz tylko masę roztworu, najpierw odejmij masę substancji: \(m_{\text{rozpuszczalnika}} = m_{\text{roztworu}} - m_{\text{substancji}}\).
- Masa molowa musi być dokładna. Liczba moli substancji zależy bezpośrednio od podanej masy molowej. Dla soli uwodnionych (np. CuSO4·5H2O) uwzględnij wodę krystalizacyjną w masie molowej.
- Jednostki są przeliczane automatycznie. Masy można podawać w gramach, miligramach, kilogramach, funtach lub uncjach; kalkulator wewnętrznie przelicza wszystko na mol/kg.
- Molalność a molowość. Nie myl tych dwóch pojęć: roztwór 1 m (molalny) i roztwór 1 M (molowy) zawierają zazwyczaj różne ilości substancji. Molalność opiera się na masie rozpuszczalnika; molowość — na końcowej objętości roztworu.
- Roztwory rzeczywiste. Molalność jest wielkością czysto stechiometryczną. Nie mówi nic o tym, czy substancja dysocjuje (NaCl tworzy jony w wodzie) ani jak zachowują się cząstki; w obliczeniach własności koligatywnych należy osobno uwzględnić czynnik van ’t Hoffa.
- Tylko wartości dodatnie. Kalkulator wymaga dodatnich ilości substancji i rozpuszczalnika; wpisanie zerowych mas spowoduje wyświetlenie komunikatu o błędzie zamiast bezsensownego wyniku.
Najczęściej zadawane pytania
Jak krok po kroku obliczyć molalność ręcznie?
Najpierw przelicz masę substancji na mole, dzieląc przez masę molową: \( n = m / M \). Następnie przelicz masę rozpuszczalnika na kilogramy (podziel gramy przez 1000). Na koniec podziel: \( b = n / m_{\text{rozpuszczalnika}} \). Na przykład 36 g glukozy (M = 180,16 g/mol) w 250 g wody daje \( n = 0{,}2 \) mol, \( m = 0{,}25 \) kg oraz \( b = 0{,}8 \) mol/kg.
Jak przeliczyć molalność na molowość?
Potrzebujesz gęstości gotowego roztworu. Najpierw oblicz masę roztworu: \( m_{\text{roztworu}} = m_{\text{rozpuszczalnika}} + m_{\text{substancji}} \). Podziel ją przez gęstość, aby uzyskać objętość w litrach, a następnie \( c = n / V \). Bez gęstości przeliczenie jest niemożliwe, ponieważ molalność opiera się na masie rozpuszczalnika, a molowość na objętości roztworu. Dla rozcieńczonych roztworów wodnych obie wartości są zbliżone, gdyż 1 kg wody zajmuje około 1 L.
Jak przeliczyć molalność na procent masowy lub ułamek molowy?
Roztwór 1 mol/kg oznacza 1 mol substancji na 1000 g rozpuszczalnika. Procent masowy: \( \% = 100 \cdot m_{\text{substancji}} / (m_{\text{substancji}} + m_{\text{rozpuszczalnika}}) \). Aby uzyskać ułamek molowy, przelicz masę rozpuszczalnika na mole przy użyciu jego masy molowej (18,015 g/mol dla wody), a następnie \( x_{\text{substancji}} = n_{\text{substancji}} / (n_{\text{substancji}} + n_{\text{rozpuszczalnika}}) \). Przykład: 1 mol NaCl w 1 kg wody daje \( x \approx 1/56{,}6 \approx 0{,}0177 \).
Jaką masę molową należy podać dla soli uwodnionych?
Użyj masy molowej pełnego wzoru hydratu, z uwzględnieniem wody krystalizacyjnej. Dla CuSO4·5H2O jest to 249,68 g/mol, a nie 159,61 g/mol dla bezwodnego CuSO4. Odważenie kryształów hydratu oznacza, że woda krystalizacyjna jest częścią odmierzonej masy. W skrupulatnych obliczeniach wodę krystalizacyjną dodaje się także do całkowitej ilości rozpuszczalnika, choć w większości zadań podręcznikowych pomija się ten efekt.
Dlaczego w obliczeniach temperatury wrzenia i krzepnięcia stosuje się molalność zamiast molowości?
Molalność nie zależy od temperatury, ponieważ masa nie zmienia się, gdy ciecz rozszerza się lub kurczy, a objętość — i w konsekwencji molowość — już tak. Równania własności koligatywnych, takie jak \( \Delta T_b = i \cdot K_b \cdot b \) i \( \Delta T_f = i \cdot K_f \cdot b \), opierają się na stężeniu, które pozostaje stałe, gdy temperatura rośnie lub spada podczas pomiaru — i dokładnie to zapewnia molalność.
Kiedy 1-molalny jest w przybliżeniu równy 1-molowemu?
Dla bardzo rozcieńczonych roztworów wodnych, w których substancja wnosi nieznaczną objętość, a gęstość roztworu jest bliska 1 kg/L. W tym przybliżeniu 1 kg rozpuszczalnika daje mniej więcej 1 L roztworu, więc mol/kg i mol/L dają niemal tę samą liczbę. Wraz ze wzrostem stężenia obie wartości się rozchodzą: rozpuszczenie dużej ilości substancji zmienia objętość i gęstość, dlatego roztwór 1 m może być wyraźnie bardziej stężony niż roztwór 1 M.
Czy przy obliczaniu molalności trzeba uwzględnić czynnik van ’t Hoffa?
Nie — sama molalność jest wielkością czysto stechiometryczną i nie zależy od dysocjacji. Czynnik van ’t Hoffa \( i \) wchodzi do gry dopiero, gdy molalność wykorzystuje się do własności koligatywnych, ponieważ NaCl rozpada się na dwa jony (\( i \approx 2 \)), a MgCl2 na trzy (\( i \approx 3 \)). Roztwór NaCl o stężeniu 1 mol/kg nadal ma molalność 1; to efektywne stężenie cząstek jest w przybliżeniu podwojone.