محاسبه غلظت یک محلول شیمیایی چگونه در آزمایشگاه انجام می‌شود؟

یکی از دغدغه‌های پرسنل در آزمایشگاه، محاسبه غلظت یک محلول شیمیایی است. در آزمایشگاه‌های مختلف از واحدهای اندازه گیری مختلفی برای بیان غلظت یک ماده استفاده می‌شود. به همین دلیل شناخت هریک از این واحدهای اندازه‌گیری و نحوه محاسبه آن‌ها از اهمیت زیادی برخوردار است. در این مطلب قصد داریم به بررسی نحوه محاسبه غلظت یک محلول شیمیایی بپردازیم. پس در ادامه با ما همراه باشید.

محاسبه غلظت یک محلول شیمیایی

رایج‌ترین واحدها برای محاسبه غلظت یک محلول شیمیایی شامل موارد زیر است:

• مولاریته
• مولالیته
• نرمالیته
• درصد جرمی
• درصد حجمی
• کسر مول

در ادامه به صورت گام به گام به بررسی و محاسبه هریک از این پارامترهای غلظت خواهیم پرداخت.

نحوه محاسبه مولاریته یک محلول شیمیایی

مولاریته یکی از رایج‌ترین واحدهای محاسبه غلظت یک محلول شیمیایی است. مولاریته زمانی استفاده می‌شود که دمای محلول حین آزمایش تغییری نکند.

این یکی از ساده‌ترین واحدها برای محاسبه است. کافی است جرم محلول را به دست آورید. سپس برای محاسبه غلظت، جرم را بر حجم تقسیم کنید.

دقت داشته باشید که برای محاسبه مولاریته، مول در هر لیتر از محلول محاسبه می‌شود. نه در حجم حلال. زیرا ممکن است در حجم حلال اضافه شده مقداری املاح وجود داشته باشد. مولاریته را با حرف m نشان می‌دهند و به صورت زیر محاسبه می‌شود:

M = moles solute / liters solution

 مثال: مولاریته محلول 6 گرم نمک طعام حل شده در 500 میلی لیتر آب چقدر است؟

ابتدا باید با استفاده از جدول تناوبی، گرم را به مول تبدیل کنید.

• Na = 23.0 g/mol
• Cl = 35.5 g/mol
• NaCl = 23.0 g/mol + 35.5 g/mol = 58.5 g/mol
• Total number of moles = (1 mole / 58.5 g) * 6 g = 0.62 moles

 اکنون مولاریته محلول را تعیین کنید.

M = 0.62 moles NaCl / 0.50 liter solution = 1.2 M solution (1.2 molar solution)

نحوه محاسبه مولالیته یک محلول

مولالیته معمولا برای بیان غلظت یک محلول در هنگام انجام آزمایش‌هایی که شامل تغییرات دما هستند استفاده می‌شود. توجه داشته باشید که با محلول‌های آبی در دمای اتاق، چگالی آب تقریباً 1 کیلوگرم در لیتر است، بنابراین مولاریته و مولالیته تقریباً یکسان هستند. مولاریته را نیز با حرف m نشان می‌دهند و به صورت زیر محاسبه می‌شود:

m = moles / kilogram

مثال: مولالیته محلول 3 گرم KCl (کلرید پتاسیم) در 250 میلی لیتر آب چقدر است؟

ابتدا تعیین کنید که چه تعداد مول در 3 گرم KCl وجود دارد. سپس آن‌ها را با هم جمع کنید تا گرم در مول KCl بدست آید.

• K = 39.1 g/mol
• Cl = 35.5 g/mol
• KCl = 39.1 + 35.5 = 74.6 g/mol

• (1 mole / 74.6 g) * 3 grams = 3 / 74.6 = 0.040 moles

250 میلی لیتر آب تقریباً 250 گرم آب است (با فرض چگالی 1 گرم در میلی لیتر).

• 250 g = 0.25 kg
• m = 0.040 moles / 0.25 kg = 0.16 m KCl (0.16 molal solution)

محاسبه غلظت یک محلول شیمیایی با استفاده از نرمالیته

نرمالیته یک واحد دیگر برای محاسبه غلظت یک محلول شیمیایی است. نرمالیته مشابه با مولاریته است. با این تفاوت که تعداد گرم‌های فعال یک املاح را در هر لیتر محلول بیان می‌کند. از نرمالیته بیشتر برای محاسبات تیتراسیون استفاده می‌شود. واحد نرمالیته Eq/L است. “N” نمادی است که برای نشان دادن این کمیت استفاده می‌شود.

به عنوان مثال، 1 مول از کلرید هیدروژن (HCl)، شامل 1 مول  یون هیدروژن و 1 مول یون کلرید است. بنابراین مولاریته و نرمالیته HCl هر دو برابر با 1 است.

اما ا مول اسید سولفوریک (H2SO4 )، شامل 2 مول یون هیدروژن است. بنابراین، نرمالیته یون‌های هیدروژن برای محلول اسید سولفوریک 2 خواهد بود.

درصد جرمی یک محلول

یک راه دیگر برای محاسبه غلظت یک محلول شیمیایی استفاده از درصد جرمی است. این کمیت نیز یکی از ساده‌ترین راه‌ها برای بیان غلظت یک محلول است. زیرا نیازی به تبدیل واحد ندارد. به سادگی از یک مقیاس برای اندازه گیری جرم ماده حل شده و محلول نهایی استفاده کنید و نسبت را به صورت درصد بیان کنید. به یاد داشته باشید که مجموع تمام درصد اجزای یک محلول باید تا 100٪ جمع شود.

درصد جرمی را می‌توان برای بیان غلظت انواع محلول‌ها استفاده کرد. اما کابرد اصلی آن  زمانی است که با مخلوطی از جامدات سروکار داریم.

مثال: آلیاژ نیکروم از 75 درصد نیکل، 12 درصد آهن، 11 درصد کروم و 2 درصد منگنز، بر حسب جرم تشکیل شده است. در 250 گرم نیکروم ، چقدر آهن وجود دارد؟

به یاد داشته باشید که در اینجا با درصد سرو کار داریم. پس یک نمونه 100 گرمی حاوی 12 گرم آهن است. می‌توانید این را به عنوان یک معادله تنظیم کنید و مجهول “x” را بیابید.

12 g iron / 100 g sample = x g iron / 250 g sample

x= (12 x 250) / 100 = 30 grams of iron

محاسبه غلظت یک محلول شیمیایی با استفاده از درصد حجمی

درصد حجمی، حجم املاح در حجم محلول را بیان می‌کند. این واحد معمولا زمانی استفاده می‌شود که بخواهید برای ایجاد یک محلول جدید، دو محلول دیگر را ترکیب کنید.  این کمیت اندازه‌گیری را با علامت v/v % نشان می‌دهند.

مثال: اگر 5.0 میلی لیتر اتانول را با آب رقیق کنید تا محلول 75 میلی لیتری بدست آید، درصد حجمی اتانول چقدر است؟

v/v % = 5.0 ml alcohol / 75 ml solution x 100% = 6.7% ethanol solution, by volume.

سایر راه‌های محاسبه غلظت یک محلول شیمیایی

همانطور که در مقدمه گفته شد، برای محاسبه غلظت یک محلول شیمیایی، روش‌های مختلفی وجود دارد. مهم‌ترین و پرکاربردترین این روش ها در قسمت‌های قبلی گفته شد. در ادامه مروری اجمالی بر راه‌های محاسبه غلظت یک محلول شیمیایی خواهیم داشت.

مولاریته: مول‌ املاح تقسیم بر لیتر محلول (نه حلال)

مولالیته: مول املاح تقسیم بر جرم حلال (نه محلول)

غلظت جرمی: جرم املاح تقسیم بر حجم محلول

نرمالیته: گرم املاح فعال تقسیم بر  لیتر محلول

درصد جرمی: جرم املاح تقسیم بر جرم محلول ×  100

درصد حجمی : حجم املاح تقسیم بر حجم محلول × 100

کسر مول (مول / مول) – مول املاح تقسیم بر مول کل مخلوط

 PPM  : این واحد مخفف “parts per milion” است. همچنین می‌تواند به صورت میلی گرم در لیتر (mg/L) نیز بیان شود. این واحد معمولا برای اندازه گیری جرم یک ماده شیمیایی یا آلودگی در حجم آب استفاده می‌شود.

 PPB  : این واحد مخفف “parts per milion” و به معنای یک قسمت در میلیارد است. از PPB  معمولاً برای بیان آلودگی محلول های رقیق استفاده می‌شود.

سخن پایانی

اندازه‌گیری غلظت یک محلول در آزمایشگاه از اهمیت بالایی برخوردار است. گاهی تغییرات بسیار ناچیزی در غلظت می‌تواند سبب بروز مشکلات بزرگی شود.

امروزه ماشین‌حساب‌های آنلاین در اینترنت به کمک کاربران آمده‌اند. اما لازم است با انواع روش‌های محاسبه غلظت و محاسبات مربوط به آن‌ها آشنا باشید.

شما در آزمایشگاه خود چگونه غلظت مواد را اندازه‌گیری می‌کنید؟