V.4.2. Concentrația molară.

Concentrația molară (molaritatea) indică numărul de moli de solvat dizolvat într-un litru (dm³) de soluție.

unde
C_M = concentrația molară (mol/L)
ν = numărul de moli de solvat (moli)
V_s = volumul soluției (L)

Numărul de moli este dat de relația:

Concentrația molară mai poate fi calculată și în funcție de masa dizolvatului cu următoarea relație:

unde m_d = masa dizolvatului (g)
μ = masa molară (g/mol)
V_s = volumul soluției (L)

Concentrația molară mai poate fi calculată și în funcție de densitatea soluției, înlocuind volumul soluției din formula densității (V_s = m_s/ρ):

unde
m_d = masa dizolvatului (g)
ρ = densitatea soluției (g/ml)
m_s = masa soluției (g)
μ = masa molară (g/mol)

🔦 Observație

Întrucât lichidele (soluțiile), prin dilatare, la creșterea temperaturii, își măresc volumul și le scade densitate, concentrația molară a unei soluții variază cu temperatura soluției.

Exemple:

• O soluție de molaritate 2 M conține 2 moli de solvat într-un litru de soluție și se numește soluție dublu molară.
• O soluție de molaritate 1 M conține 1 mol de solvat într-un litru de soluție și se numește soluție molară.
• O soluție de molaritate 0,5 M conține 0,5 moli de solvat într-un litru de soluție și se numește soluție semimolară.
• O soluție de molaritate 0,1 M conține 0,1 moli de solvat într-un litru de soluție și se numește soluție decimolară.

🔓 Probleme rezolvate

1. Care este molaritatea unei soluții de NaBr obținută prin dizolvarea a 41,2 g NaBr în 100 mL soluție?

Rezolvare

Se calculează masa molară a NaBr:
μ = 1 ∙ A_Na + 1 ∙ A_Br = 1 ∙ 23 + 1 ∙ 80 = 103 g/mol

Se calculează numărul de moli:

Se transformă volumul soluției, V_s, în litri:

Se calculează molaritatea soluției cu ajutorul relației:

2. Să se calculeze câte grame de sol. NaOH 20% sunt necesare pentru prepararea a 2 L sol. NaOH dublu molară.

Rezolvare

Se calculează masa molară a NaOH:
μ = 1 ∙ A_Na + 1 ∙ A_O + 1 ∙ A_H = 1 ∙ 23 + 1 ∙ 16 + 1 ∙ 1 = 40 g/mol

Se calculează masa dizolvatului, m_d, din soluția finală de molaritate 2 M:

Se află masa soluției inițiale din formula concentrației procentuale de masă:

3. De ce volum de soluție apoasă de HCl 20%, cu densitatea de 1,12 g/mL, avem nevoie pentru a prepara 500 mL soluție de HCl 2 M ?

Rezolvare

Scriem datele problemei
V_sHCl20% necesar = ?
ρ = 1,12 g/mL
HCl 2 M
V_s de HCl 2 M = 500 mL = 500/1000 = 0,5 L

Se calculează masa molară a HCl:
μ = 1 ∙ A_H + 1 ∙ A_Cl = 1 ∙ 1 + 1 ∙ 35,5 = 36,5 g/mol

Se calculează masa dizolvatului de HCl gazos, m_d, din soluția finală de molaritate 2 M :

Aflăm volumul de soluție de HCl 20% care corespunde unei mase de 100 g soluție HCl, din formula densității:

Aflăm volumul de soluție de HCl 20% de care avem nevoie pentru prepararea soluției HCl 2M:

Calculăm volumul de apă de care avem nevoie pentru volumul de soluție dorit și peste acest volum de apă adăugăm treptat, în cantități mici (prin picurare), volumul soluției de acid clorhidric 20% necesar pentru obținerea concentrației dorite (soluției HCl 2M):
V_{sHCl 2M} = V_H2O + V_sHCl20%
V_H2O = V_{sHCl 2M} - V_sHCl20%
V_H2O = 0,5 L - 0,162936 L ≅ 0,3 L

4. Determină volumul de soluție apoasă de KOH 4 M necesar obținerii a 200 mL soluție de KOH 0,5 M.

Rezolvare

Scriem datele problemei
V_{sKOH 4M} necesar = V_si = ?
V_{sKOH 0,1M} dat = 200 mL = 200/1000 = 0,2 L = V_sf
C_Mi = 4 M
C_Mf = 0,5 M

Se aplică formula concentrației molare pentru fiecare soluție, ținând cont că numărul de moli de solvat (n) din soluția inițială este egal cu numărul de moli din soluția finală (dacă se pleacă de la o soluție mai concentrată și dorim să obținem una mai diluată, adăugăm numai apă pentru a o dilua):

Se scoate din cele două formule numărul de moli și se egalează:

Înlocuim datele problemei și aflăm necunoscuta V_si:

Se pune un volum de 25 mL de sol. KOH 4 M într-un balon cotat de 200 mL și se diluează cu apă distilată până la semnul balonului cotat.

👀 Prepararea experimentală a 50 mL soluții de NaOH, cu molaritatea 1M.
🔥 Atenție! Acest experiment se realizează numai de către profesor.
🔥 Atenție! Hidroxidul de sodiu este extrem de caustic, toxic și periculos pentru mediu!

Materiale necesare:
Pahar Berzelius, hidroxid de sodiu, capsulă, pâlnie de sticlă, balon cotat, hidroxid de sodiu, apă distilată, spatulă, cântar.

Mod de lucru:

• Se calculează masa de NaOH necesară obținerii a 50 mL de soluție NaOH cu molaritatea 1.

• Se transformă volumul soluției în litri:
  V_s = 50/1000 = 0,05 L

• Se calculează numărul de moli din formula concentrației molare:
  C_M = ν/V_s
  ν = C_M ∙ V_s = 1 mol/L ∙ 0,05 L = 0,05 moli NaOH

• Se calculează masa molară a NaOH :
  μ = 1 ∙ A_Na + 1 ∙ A_O + 1 ∙ A_H = 1 ∙ 23 + 1 ∙ 16 + 1 ∙ 1 = 40 g/mol

• Se calculează masa dizolvatului, md, din formula numărului de moli :
  ν = m_d/μ
  m_d = μ ∙ ν = 40 g/mol ∙ 0,05 moli = 2 g NaOH

• Se cântăresc 2 g de NaOH.

• Cu ajutorul unei pâlnii de sticlă se introduce NaOH cântărit într-un balon cotat de 50 mL.

• Se adaugă puțină apă în balon și se agită cu grijă amestecul până la dizolvarea completă a sodei caustice.

• Se completează cu apă distilată până la semnul balonului cotat până ce meniscul soluției este tangent la semnul de pe balon.