التركيز المولي
يُعرف التركيز المولي والمعروف أيضاً بالمولارية (بالإنجليزية: Molarity)، بأنه مقياس لتركيز المادة المذابة في حجمٍ محدد من المحلول، ويقاس بوحدة مول/ لتر.
قانون التركيز المولي
يُعبّر عن صيغة قانون التركيز المولي من خلال العلاقة الرياضيّة الآتية:
التركيز المولي أو المولارية (مول/لتر) = عدد مولات المادة المذابة/ حجم المحلول.
خطوات حساب التركيز المولي للمادة
- لتحديد التركيز المولي لمادة ما؛ لا بد من إيجاد كتلة المذاب؛ أي عدد غرامات المادة المذابة، والتي غالبا ما تذكر في المسائل، لكنها أحيانا قد تحتاج للتحويل من وحدة ما إلى وحدة الغرام .
- ولإيجاد عدد مولات المادة المذابة؛ يمكن بالبداية حساب الكتلة المولية للمادة ( بالإنجليزية: Molar mass)، بناءً على الصيغة الكيميائية للمادة المذابة، حيث يتم استخدام الكتلة الذرية للعناصر، وبالنسبة لأي ذرة عنصر مكررة، لا بد من ضرب الكتلة في عدد ذرات هذا العنصر في كل الجزيء.
مثال توضيحي لحساب التركيز المولي
لإيجاد التركيز المولي في 10 غرامات من حمض الخليك (CH3COOH) المذاب لتحضير 1.25 لتر من المحلول المائي، يمكن اتباع الخطوات الآتية:
- حساب الكتلة الموليّة لحمض الخليك؛ وذلك من خلال جمع الكتل الذرية لذرات العناصر المكونّة للجزيء، بعد ضرب هذه الكتل الذرية بعدد الذرات؛ حيث يحتوي الجزيء على 2 ذرة من الكربون، و2 ذرة من الأكسجين، و4 ذرات من الهيدروجين، وبما أنّ الكتل الذرية للكربون والأكسجين والهيدروجين هي 12.01 و 16 و 1.008 على التوالي، وبعد الضرب تصبح 24.02 و 32 و 4.032، ومجموعهما يساوي 60.05 غرام/ مول.
- حساب عدد مولات المادة المذابة، يتم تقسيم الكتلة (الغرامات) على الكتلة المولية (غرام/ مول)؛ حيث يتم تقسيم 10 غرامات من حمض الخليك على 60.05 (ناتج الخطوة السابقة)؛ وناتج القسمة يساوي 0.1665 مول من المادة المذابة.
- حساب التركيز المولي، من خلال قسمة عدد المولات على لترات الماء المستخدمة في المحلول، أي يقسّم 0.1665 مول على 1.25 لتر للحصول على التركيز المولي الذي سيكون 0.1332 مول/ لتر.
علاقة التركيز المولي بالكثافة
تعريف الكثافة
هي عبارة عن مقياس لكتلة المادة سواء أكانت صلبة، أو سائلة، أو غازية، مقسومة على حجمها.
العلاقة الرياضية بين الكثافة والتركيز المولي
يرتبط التركيز المولي ارتبطاً طردياً بالكثافة، حيثُ يعد التركيز المولي هو مقياس للكثافة، ويُعبر عن العلاقة بين التركيز المولي والكثافة من خلال الصيغة الآتية:
التركيز المولي أو المولارية = (الكتلة/ الحجم) × (1/ الوزن الجزيئي)
حيث إن
- الكتلة: هي عبارة عن وزن المادة المذابة بوحدة الغرام، اللازمة لإذابة حجم معين من المحلول، للوصول إلى التركيز المولي المطلوب.
- الحجم: هو الحجم الكلي للمحلول أي بعد إضافة المذاب إلى المذيب، اللازم لإذابة كتلة محددة من مادة ما، للحصول على التركيز المولي المطلوب، ويقاس الحجم بوحدة اللتر.
- الوزن الجزيئي أو الكتلة الجزيئية: ويقاس هذا الوزن بوحدة غرام/ مول، ويمكن الحصول عليه من الصيغة الجزيئية للمادة المذابة، أو جداول البيانات، أو الملصق الموجود على الزجاجة الذي يحتوي على المادة المذابة المطلوبة.
ومن الجدير بالذكر أن المادة الكيميائية الموجودة في المحلول بكميات كبيرة تسمى بالمذيب (بالإنجليزية: Solvent)، مقارنة بالمكونات الأخرى والتي تعرف بالمواد المذابة (بالإنجليزية: Solutes).
مثال توضيحي على استخدام العلاقة الرياضية بين الكثافة والتركيز المولي
لإيجاد التركيز المولي لملح كلوريد الصوديوم (NaCl) ذو كثافة تبلغ 0.036 غرام/ مليلتر مذوب لتحضير محلول ما، يمكن اتباع الخطوات الآتية:
- تحويل الكثافة لوحدة غرام/ لتر؛ عن طريق ضرب الكثافة ب 103 والناتج هو 36 غراماً/ لتر.
- حساب الوزن الجزيئي للمادة المذابة؛ والوزن الجزيئي لل NaCl يساوي 58.44 غرام/ مول.
- حساب التركيز المولي؛ وذلك من خلال قسمة الكثافة على الوزن الجزيئي للمذاب؛ أي 36 تقسم على 58.44 والناتج يساوي 6.16 مول/ لتر.
علاقة التركيز المولي بدرجة النقاوة
تعريف درجة النقاوة
هي النسبة بين كتلة المادة النقية، وكتلة المادة غير النقية؛ أي تلك المواد التي تحتوي على شوائب.
العلاقة الرياضية بين درجة النقاوة والتركيز المولي
يرتبط التركيز المولي ارتبطاً طردياً بدرجة النقاوة، ويُعبر عن العلاقة بين التركيز المولي ودرجة النقاوة من خلال الصيغ الآتية:
- التركيز المولي أو المولارية= (درجة النقاوة × الكثافة× 10) / الكتلة المولية.
- التركيز المولي أو المولارية= (الكثافة النوعية× درجة النقاوة× 1000) /الوزن الجزيئي.
وهنا تجدر الإشارة إلى أن الصيغة الثانية تستخدم لحساب المولارية لأي محلول سائل متوفر تجاريًا.
مثال توضيحي على استخدام العلاقة الرياضية بين درجة النقاوة والتركيز المولي
- لإيجاد التركيز المولي لحمض النيتريك (HNO3) النقي بنسبة 70%، وبكثافة تقدر ب 1.413 غرام/ مليلتر، والكتلة المولية للصيغة الكيميائية تساوي 63.01 غرام/ مول، يمكن التعويض المباشرة بالعلاقة الأولى السابقة، بعد تحويل الكثافة لوحدة غرام/ لتر، وتحويل درجة النقاوة لعدد عشري بالقسمة على 100، ليكون التركيز المولي يساوي 15.698 مول/ لتر.
- لإيجاد التركيز المولي لحمض الهيدروكلوريك المركز (HCl) النقي بنسبة 35.4%، وبكثافة نوعية تقدر ب 1.18 غرام/ مليلتر، والوزن الجزيئي يساوي 36.46، وهنا تجدر الإشارة إلى أن هذه المعلومات جميعها تكون مذكورة على ملصق العبوة التي تحتوي على حمض الهيدروكلوريك ، والآن يمكن التعويض مباشرة بالعلاقة الثانية السابقة، بعد تحويل درجة النقاوة لعدد عشري بالقسمة على 100، أي 35.4 تقسم على 100 والناتج هو 0.354، ويكون التركيز المولي يساوي 11.46 مول/ لتر.
