Do kolby miarowej spada z góry kropla, roztwór w szyjce powoli wznosi się do różowej kreski i znów opada, jakby go uzupełniano do kreski, a w pękatej części krążą pęcherzyki mieszania. Po prawej obraca się wirnik wirówki z czterema probówkami, a na dole znacznik przesuwa się po skali do jednego mola na decymetr sześcienny.
Karta jednostki
Poza SI · chemia analityczna karta 1/1 · wyd. 2026-09Mol na litr
Jednostka spoza SI · wielkość: stężenie molowe c · 1 M = 1000 mol/m³
Gorący roztwór uzupełniony do kreski po ostygnięciu będzie mocniejszy, niż zapisano w dzienniku
Laborant rozpuszcza czterdzieści gramów sody kaustycznej, a kolba w jego rękach wyraźnie się nagrzewa: ług wydziela tyle ciepła, że roztwór ogrzewa się o dziesięć do dwudziestu stopni, zależnie od tego, ile wody jest już w kolbie. Jeśli w pośpiechu od razu uzupełni się wodę do kreski, roztwór jest jeszcze gorący i rozszerzony, a po ostygnięciu skurczy się poniżej kreski, więc w dzienniku będzie „dokładnie jeden mol na litr”, a w kolbie trochę więcej.
Mol na litr jest wygodny, bo liczy cząstki, a nie gramy: w litrze jednomolowego roztworu dowolnej substancji pływa ta sama liczba cząsteczek, sześćset dwa tysiące miliardów miliardów, więc reakcje można obliczać prostymi stosunkami objętości. Właśnie ta własność uczyniła molowość roboczą jednostką miareczkowania, analizy krwi i każdego przepisu laboratoryjnego.
Ale litr to objętość, a objętość cieczy zależy od temperatury, dlatego na każdej kolbie miarowej wytrawiono „20 °C”: tylko w tej temperaturze kreska oznacza to, co na niej napisano. Molowość okazuje się wielkością, która zmienia się z pomieszczeniem, w którym stoi kolba, a w dokładnych pracach zastępuje się ją molalnością, która ma w mianowniku kilogramy.
Prosta łacińska wielka litera M bez kropki, oddzielona od liczby spacją: 0,1 M. Ścisły zapis to mol na decymetr sześcienny, mol/dm³ lub mol/l, a w SI mol na metr sześcienny. Zawsze podaje się substancję: c(NaCl) = 0,154 mol/dm³, bo stężenie bez substancji nic nie znaczy.
Molowość M liczy mole na litr roztworu, a molalność b — mole na kilogram rozpuszczalnika. Pierwsza zależy od temperatury, bo roztwór się rozszerza, druga nie; w rozcieńczonej wodzie prawie się pokrywają, ale w stężonym kwasie rozchodzą się o dziesiątki procent. I jeszcze: normalność N kwasu siarkowego jest dwa razy większa od jego molowości.
01 · Definicja
naważka · kolba · kreska · temperaturaStężenie molowe to stosunek liczności rozpuszczonej substancji do objętości roztworu. Jeden mol na litr oznacza, że w każdym litrze gotowego roztworu jest jeden mol cząstek tej substancji, czyli około 6,022·10²³ sztuk.
Taki roztwór przygotowuje się wagą i kolbą miarową: naważkę równą masie molowej pomnożonej przez potrzebną liczbę moli przenosi się do kolby, rozpuszcza i uzupełnia wodą do kreski na szyjce. Ważne, że w mianowniku stoi objętość roztworu, a nie wody: litr wody plus naważka daje więcej niż litr, i dlatego wodę dolewa się do kreski, a nie odmierza z góry.
Kolba jest kalibrowana w dwudziestu stopniach. Jeśli uzupełni się roztwór do kreski w innej temperaturze, jego objętość w dwudziestu stopniach będzie inna: ciepły roztwór po ostygnięciu się skurczy i stężenie będzie wyższe od zapisanego, a zimny po ogrzaniu się rozszerzy i stanie się słabszy. Dla roztworów wodnych poprawka wynosi dziesiąte części procenta na dziesięć stopni, co dla miareczkowania to już dużo.
Rozcieńczanie zachowuje liczbę moli: ile substancji pobrała pipeta, tyle znalazło się w nowej kolbie. Dlatego iloczyn stężenia i objętości jest taki sam przed i po, a szereg roztworów do kalibracji powstaje z jednego roztworu podstawowego prostą arytmetyką.
Po lewej naważka na wadze, pośrodku kolba miarowa, po prawej druga kolba, do której pipeta przenosi część roztworu do rozcieńczenia. Barwa roztworu pogłębia się ze stężeniem zgodnie z prawem absorpcji, bursztynowa przerywana linia w szyjce pokazuje, gdzie stanie menisk, gdy roztwór osiągnie dwadzieścia stopni, a na dnie pojawiają się żółte kryształy, jeśli substancji jest więcej, niż woda zdoła rozpuścić.
Weźmy gotowy roztwór i zmieńmy tylko temperaturę pomieszczenia. Niebieska linia to jego molowość, która spada, gdy roztwór się rozszerza; różowa przerywana to molalność, która w ogóle nie zależy od temperatury; bursztynowy punkt to twoja temperatura, a pionowa linia — dwadzieścia stopni kalibracji.
02 · Przeliczanie
jednostki · rozcieńczanie · wirówkaOd gramów do moli i od moli do probówki
Pierwsza zakładka przelicza stężenie na milimole, gramy na litr i cząstki na mililitr dla wybranej substancji. Druga oblicza, ile roztworu podstawowego wziąć do szeregu rozcieńczeń, a trzecia — jakie przyspieszenie odczuje probówka z tym roztworem w wirówce.
Reguła do zapamiętania: gramy na litr to molowość razy masa molowa, a przyspieszenie w wirówce rośnie z kwadratem obrotów — dwa razy szybciej to cztery razy większa siła.
W hydratach krystalicznych masa molowa obejmuje wodę: pięciowodny siarczan miedzi waży prawie 250 gramów na mol, a bezwodny tylko 160. Biorąc niewłaściwy wzór, laborant pomyli się w stężeniu półtora raza.
| Wielkość | Wartość | Uwaga |
|---|---|---|
| {k} | {v} | {note} |
{text}
Dziewięć rzędów wielkości dzieli dopuszczalny ślad ołowiu w wodzie pitnej od samej wody, a wszystkie zapisuje się jedną jednostką. Ciekawy jest szczyt skali: litr czystej wody to pięćdziesiąt pięć i pół mola wody, a stężony kwas siarkowy o osiemnastu molach na litr to niemal czysta substancja: jest w nim tylko około dwóch moli wody na litr, dziewięć razy mniej niż kwasu.
04 · Przyrządy pomiarowe
kolba miarowa · biureta · wirówka · spektrofotometrSzkło, kropla, wirnik i wiązka
Wąska szyjka sprawia, że milimetr wysokości odpowiada małemu ułamkowi objętości: dla kolby o pojemności dwustu pięćdziesięciu mililitrów tolerancja klasy A wynosi piętnaście setnych mililitra. Dolny brzeg menisku ustawia się na kresce, patrząc ściśle poziomo.
Z biurety dodaje się kroplami roztwór o znanej molowości, aż wskaźnik zmieni barwę. Zużyta objętość pomnożona przez tę molowość daje liczbę moli w próbce — tak molowość jednego roztworu mierzy drugi.
Osad oddziela się od roztworu siłą odśrodkową, a protokoły podają ją nie w obrotach, lecz jako przyspieszenie w g, bo zależy ono też od promienia wirnika. Tu molowość spotyka obrót na minutę: ta sama zawiesina wymaga różnych obrotów na różnych wirówkach.
Absorbancja roztworu jest proporcjonalna do jego molowości, dopóki nie jest on zbyt stężony, dlatego przyrząd skalibrowany szeregiem rozcieńczeń odczytuje stężenie wprost ze światła. To to samo prawo, według którego pogłębia się barwa w kolbie z bloku 01.
05 · Zasady zapisu
substancja w nawiasie · M łacińskie · temperatura w dokładnych pracachStężenie czego — zawsze zapisane
Molowość zapisuje się ze wzorem substancji w nawiasie, prostą łacińską M lub jednostką mol na decymetr sześcienny, a w dokładnych pracach dodaje się temperaturę, w której roztwór uzupełniono do kreski.
Pierwszy błąd nie podaje substancji, a liczby nie da się przeliczyć ani na gramy, ani na normalność. Drugi zapisuje cyrylicką М, której wyszukiwarki i bazy danych nie rozpoznają. Trzeci mówi „na litr” dwa razy. Czwarty zapomina, że kwas siarkowy oddaje dwa protony i jego normalność jest dwa razy większa od molowości. Piąty zamienia wielką literę na małą, a tym samym molowość na molalność, a szósty stawia w mianowniku litr rozpuszczalnika zamiast litra roztworu.
06 · Jednostki sąsiednie
mol/kg · N · mol/m³Molowość żyje wśród trzech sąsiadów: molalności, która nie boi się temperatury; normalności, która liczy nie cząsteczki, lecz reagujące cząstki; i jednostki SI, w której ta sama wielkość jest liczbowo tysiąc razy większa.
Liczność substancji na kilogram rozpuszczalnika: ważenie nie zależy od temperatury, dlatego termochemia i krioskopia używają właśnie jej.
Mole równoważników na litr; IUPAC dawno ją odradza, ale wciąż żyje na butelkach titrantów starej szkoły i łatwo ją pomylić z molowością.
Wirówka zamienia obroty w przyspieszenie, a protokół sedymentacji podaje je w g; na karcie obrotu mieszka też stroboskop, którym sprawdza się obroty wirnika.
07 · Dział historyczny
archiwum · jak mol stał się liczbąOd hipotezy Avogadra do dokładnej liczby
{text}
W zapisie „jeden mol na litr” łączą się dwie bardzo różne rzeczy. Mol od 2019 roku jest zdefiniowany dokładną liczbą cząstek i dlatego jest nienaganny, a litr w kolbie zależy od szkła, kreski i temperatury, w której go odmierzono. Cała niepewność molowości mieszka w mianowniku: w czystości naważki, w klasie kolby i w tym, czy roztwór zdążył ostygnąć.
Dlatego roztwory wzorcowe do sprawdzania przyrządów analitycznych przygotowuje się nie objętościowo, lecz wagowo, a certyfikaty podają stężenie w molach na kilogram. Molowość pozostaje roboczą jednostką codziennej analizy: wygodna, poglądowa i uczciwa, dopóki kolba i termometr pokazują te same dwadzieścia stopni.