Молярная и моляльная концентрации

Молярная концентрация (или молярность) характеризует количество вещества, содержащегося в определённом объёме раствора. Она определяется как отношение числа молей растворённого вещества к объёму раствора, выраженному в литрах:

$$ C = \frac{n}{V} $$

где C — молярная концентрация, моль/л, n — количество вещества растворённого компонента, моль, V — объём раствора, л.

Эта величина широко используется в химических расчётах, поскольку позволяет напрямую связать количество вещества с практическими условиями работы в лаборатории и промышленности. Молярная концентрация особенно удобна в реакциях, протекающих в растворах, так как большинство экспериментальных данных (объёмы, массы и объёмные соотношения) легко переводятся в молярность.

Особенности молярной концентрации:

  • зависит от температуры, так как объём раствора изменяется при нагревании или охлаждении;
  • применяется для выражения как очень разбавленных, так и концентрированных растворов;
  • служит базой для расчётов эквивалентной концентрации, нормальности, титрования.

В практической химии часто используют обозначение C(x) для подчёркивания того, какое именно вещество учитывается. Например, C(NaCl) — молярная концентрация хлорида натрия.

Моляльная концентрация

Моляльная концентрация (или моляльность) отражает количество вещества, растворённого в определённой массе растворителя. Она определяется по формуле:

$$ b = \frac{n}{m_{\text{р-ля}}} $$

где b — моляльная концентрация, моль/кг, n — количество вещества растворённого компонента, моль, mр-ля — масса растворителя, кг.

В отличие от молярности, моляльность не зависит от температуры, так как масса растворителя остаётся постоянной при изменениях температуры. Это делает моляльную концентрацию особенно удобной для термодинамических расчётов, связанных с коллигативными свойствами растворов — понижением температуры замерзания, повышением температуры кипения, осмотическим давлением.

Особенности моляльной концентрации:

  • отражает реальное количество растворённого вещества относительно массы растворителя;
  • удобна для сопоставления растворов при различных температурах;
  • является более универсальной величиной для физико-химических расчётов.

Сравнение молярной и моляльной концентраций

  1. Зависимость от температуры:

    • молярная концентрация изменяется при изменении объёма раствора;
    • моляльная концентрация остаётся постоянной, так как масса растворителя неизменна.

  2. Удобство применения:

    • молярная концентрация практична в аналитической химии, где измеряются объёмы растворов;
    • моляльная концентрация удобна в физической химии и термодинамике.

  3. Единицы измерения:

    • молярность: моль/л;
    • моляльность: моль/кг.

  4. Области использования:

    • молярная концентрация — для лабораторных и промышленных растворов, титриметрического анализа;
    • моляльная концентрация — для расчётов свойств растворов, зависящих от относительного числа частиц в массе растворителя.

Практические примеры

  • Раствор с молярной концентрацией C(HCl) = 0, 1 моль/л означает, что в каждом литре раствора содержится 0,1 моль хлороводорода.
  • Раствор с моляльной концентрацией b(NaOH) = 2 моль/кг указывает, что в 1 кг растворителя растворено 2 моля гидроксида натрия, независимо от объёма раствора.

Таким образом, выбор способа выражения концентрации зависит от целей: для практических лабораторных расчётов чаще применяют молярность, а для точных термодинамических исследований — моляльность.

Оглавление