Калькулятор моляльности

Количество вещества на килограмм растворителя

Лабораторные весы с кристаллами и отдельный стакан растворителя

Если 10 г вещества с заданной молярной массой 100 г/моль растворены в 500 г растворителя, моляльность равна 0,2 моль/кг. Вещество составляет 0,1 моль, а растворитель весит половину килограмма. Ответ показывает количество растворённого вещества, приходящееся на килограмм растворителя, независимо от размера всей порции.

Знаменатель здесь особенно важен. Масса готового раствора в этом условии равна 510 г, но в поле растворителя нужны 500 г. Подстановка 510 дала бы примерно 0,196078 моль/кг и описывала бы другое отношение. Калькулятор не может отличить эти две массы по самому числу, поэтому сначала определите, к чему относится каждое значение в условии.

Введите массы в граммах и молярную массу в граммах на моль. Она должна соответствовать именно выбранному веществу. Значения молярных масс в примерах ниже заданы для учебных задач; форма не содержит справочника веществ и не проверяет их химические формулы. Нулевое количество растворённого вещества допустимо, а масса растворителя и молярная масса должны быть положительными.

Формула и перевод единиц

\displaystyle b=\frac{1000m_s}{M m_0}

По определению моляльность равна количеству растворённого вещества в молях, делённому на массу растворителя в килограммах. В показанной формуле обе массы выражены в граммах: m вещества и m растворителя. Деление массы вещества на M даёт число молей. Множитель 1000 переводит граммовый знаменатель в килограммовый; это не дополнительная химическая поправка.

Например, для 5 г и M = 50 г/моль получается 0,1 моль. При 250 г растворителя делим это количество на 0,25 кг и получаем 0,4 моль/кг. Если M дана в килограммах на моль, сначала умножьте её числовое значение на 1000. Массу растворителя в килограммах тоже переведите в граммы перед вводом.

Для определения M по составу подходит калькулятор молярной массы. В расчёте нельзя заменить M относительной атомной массой одного элемента, если растворено соединение. Для смеси нескольких растворённых веществ сначала выберите конкретное вещество: у всей произвольной смеси нет одной очевидной молярной массы, которую можно без пояснений подставить в форму.

Разбавление, испарение и размер порции

Пример 1. Масса растворителя вместо массы раствора. Исходные 10 г, M = 100 г/моль и 500 г растворителя дают 0,2 моль/кг. Для проверки вручную достаточно разделить 10 на 100, затем 0,1 на 0,5. Масса раствора 510 г в этих действиях не участвует. Даже если условие сообщает её отдельно, это не повод заменить знаменатель.

Пример 2. Одинаковые граммы разных веществ. При 5 г вещества, M = 50 г/моль и 250 г растворителя моляльность равна 0,4 моль/кг. Если заданная M другого вещества составляет 100 г/моль, те же массы дадут 0,2 моль/кг. Граммов одинаково, но число молей вдвое меньше. Это объясняет, почему одной массовой доли для ответа недостаточно.

Пример 3. Добавление растворителя. К учебному составу из 5 г вещества с M = 50 и 250 г растворителя добавили ещё 250 г только растворителя. Количество вещества осталось 0,1 моль, знаменатель вырос до 0,5 кг, поэтому моляльность снизилась с 0,4 до 0,2 моль/кг. Масса готовой порции после добавления равна 505 г; в поле всё равно вводятся 500 г.

Пример 4. Потеря части растворителя. Пусть в первоначальном составе 10 г вещества с M = 100 и 500 г растворителя потеряны 100 г только растворителя. При сохранении всего растворённого вещества новое значение равно 0,1/0,4 = 0,25 моль/кг. Если вместе с растворителем ушло и вещество, прежние 10 г уже нельзя использовать: нужны данные о новом составе.

Пример 5. Порция вдвое больше. Для 20 г вещества с M = 100 и 1000 г растворителя получаем те же 0,2 моль/кг. Удвоение обеих масс сохраняет их отношение. Но в этой порции уже 0,2 моль вещества вместо 0,1. Одинаковая концентрация не означает одинакового общего количества вещества в двух ёмкостях.

Пример 6. Известна масса всего раствора. В условных 200 г раствора находится 20 г одного вещества с M = 100. Если других компонентов нет, масса растворителя составляет 200 − 20 = 180 г. Моляльность равна 0,2/0,18 ≈ 1,11111 моль/кг. Массовая доля при этом 10%, но число 1,11111 не является процентом: у него другие единицы и смысл.

Чем моляльность отличается от других концентраций

Молярность относится к литру готового раствора. Моляльность относится к килограмму растворителя. Для перехода между ними одного числа недостаточно: объём раствора нельзя восстановить по его массе без дополнительных данных, например плотности и состава. Складывать исходные объёмы вещества и растворителя тоже не всегда корректно.

При изменении температуры объём может меняться, а отношение количества вещества к массе растворителя сохраняется, если состав остаётся прежним. Это условие исключает испарение, выпадение осадка и реакцию. Сам факт нагрева не даёт права считать моляльность неизменной после любого процесса: сначала проверьте, что осталось в выбранной фазе.

Мольная доля сравнивает моли одного компонента с общими молями смеси. Для неё нужно количество растворителя, а не только его масса. Моляльность не умножается автоматически на число ионов при диссоциации. Она описывает аналитическое количество выбранного вещества; суммарная концентрация образовавшихся частиц требует отдельного соглашения и модели.

Точность и границы расчёта

Шесть значащих цифр в ответе удобны для сверки, но не делают исходные массы точнее. При значениях, заданных примерно, округляйте ответ сообразно измерениям. Форма считает математическое отношение для введённого состава и не определяет растворимость, плотность или допустимость сочетания веществ. Если итог слишком велик или мал для числового расчёта, появляется ошибка вместо бесконечности или ложного нуля.

Вопросы о моляльности

Для неоднородного состава важно заранее решить, какие компоненты считаются растворителем и какое количество вещества действительно растворено.

Что вводить для смеси двух растворителей?

Если в условии оба компонента образуют растворяющую среду, вводите их суммарную массу согласно этому соглашению. Например, 200 и 300 г дают 500 г растворителя. Нельзя одновременно включить один из этих компонентов в массу растворённого вещества и в знаменатель без отдельного определения рассчитываемой концентрации.

Как учесть неполную чистоту исходного вещества?

Нужна масса самого выбранного вещества, а не всей исходной порции с примесями. При заданной чистоте 85% в 10 г находится 8,5 г вещества. Для M100 г/моль и 500 г растворителя это 0,17 моль/кг. Если примеси тоже участвуют в составе, их влияние описывается отдельно; калькулятор не определяет его по проценту чистоты.

Как учитывать кристаллизационную воду гидрата?

Молярная масса должна соответствовать выбранной формульной единице, включая кристаллизационную воду, если считаются моли гидрата. После растворения состав растворителя может учитывать высвободившуюся воду. Сначала зафиксируйте, какое вещество и какое соглашение использованы в задаче; одну массу воды нельзя незаметно посчитать дважды.

Можно ли включить нерастворившийся остаток?

Для моляльности раствора учитывается количество вещества в растворённой фазе. Если часть исходной массы осталась осадком, нужна масса растворившейся части. Подстановка всей навески без этого уточнения описывает исходную порцию, а не фактическую концентрацию жидкой фазы.

Достаточно ли моляльности для вычисления мольной доли?

Дополнительно нужна молярная масса растворителя и определённый перечень компонентов. Для одного растворённого вещества на 1 кг растворителя его количество численно равно b, а количество растворителя равно 1000/M растворителя. Доля вещества получается делением b на сумму этих двух количеств при выбранном соглашении о частицах.

Даёт ли ответ температуру замерзания раствора?

Нет. В приближённой коллигативной модели дополнительно нужны криоскопическая постоянная растворителя и коэффициент, учитывающий число частиц. Для концентрированных и неидеальных растворов простая зависимость может быть недостаточной. Сам расчёт моляльности этих параметров не определяет.

Как влияет ошибка взвешивания растворителя?

При фиксированных массе вещества и M результат обратно пропорционален массе растворителя. Если вместо 500 г введено 505 г, значение 0,2 станет примерно 0,198020 моль/кг. Это примерно 1% изменения. Для общей неопределённости нужно также учитывать погрешности массы вещества и молярной массы.

Есть что добавить?

Напишите своё мнение, комментарий или предложение.