Моляльность - это мера количества молей растворенного вещества в 1 кг растворителя. Это контрастирует с определением молярности, которое основано на заданном объеме раствора.
Обычно используемая единица измерения моляльности в химии - моль / кг . Раствор с концентрацией 1 моль / кг также иногда обозначается как 1 моль .
Определение [ править ]
Моляльность ( б ), из раствора определяется как количество вещества (в молях ) растворенного вещества, п растворенного вещества , деленный на массу (в кг ) в растворителе , м растворитель : [1]
В случае растворов с более чем одним растворителем молярность может быть определена для смешанного растворителя, рассматриваемого как чистый псевдорастворитель. Вместо моль растворенного вещества на килограмм растворителя, как в бинарном случае, единицы определяются как моль растворенного вещества на килограмм смешанного растворителя. [2]
Происхождение [ править ]
Термин молярность образуется по аналогии с молярностью, которая является молярной концентрацией раствора. Самое раннее известное использование моляльности интенсивных свойств и прилагательной единицы, ныне устаревшего моляля , по-видимому, было опубликовано Г. Н. Льюисом и М. Рэндаллом в публикации 1923 года « Термодинамика и свободные энергии химических веществ». [3] Хотя эти два термина можно путать друг с другом, молярность и молярность разбавленного водного раствора почти такие же, поскольку один килограмм воды (растворителя) занимает объем 1 литра при комнатной температуре, а небольшое количество растворенного вещества мало влияет на объем.
Единица [ править ]
СИ единица для моляльности является моль на килограмм растворителя.
Раствор с моляльностью 3 моль / кг часто описываются как «3 моляльных», «3 м» или «3 м ». Однако, следуя системе единиц СИ, Национальный институт стандартов и технологий , орган США по измерениям , считает термин «моляль» и символ единицы измерения «м» устаревшими и предлагает моль / кг или соответствующую единицу измерения. СИ. [4] Эта рекомендация еще не повсеместно реализована в академических кругах.
Рекомендации по использованию [ править ]
- Преимущества
Основное преимущество использования моляльности в качестве меры концентрации состоит в том, что моляльность зависит только от масс растворенного вещества и растворителя, на которые не влияют изменения температуры и давления. Напротив, растворы, приготовленные объемным способом (например, молярная концентрация или массовая концентрация ), вероятно, изменятся при изменении температуры и давления. Во многих приложениях это значительное преимущество, потому что масса или количество вещества часто более важны, чем его объем (например, при ограничении проблемы с реагентом ).
Другое преимущество моляльности заключается в том, что моляльность одного растворенного вещества в растворе не зависит от присутствия или отсутствия других растворенных веществ.
- Проблемные зоны
В отличие от всех других композиционных свойств, перечисленных в разделе «Отношения» (ниже), молярность зависит от выбора вещества, которое будет называться «растворителем» в произвольной смеси. Если в смеси есть только одно чистое жидкое вещество, выбор очевиден, но не все растворы так однозначны: в водно-спиртовом растворе любой из них можно назвать растворителем; в сплаве или твердом растворе нет четкого выбора, и все составляющие можно рассматривать одинаково. В таких ситуациях масса или мольная доля являются предпочтительными характеристиками состава.
Отношение к другим композиционным свойствам [ править ]
В дальнейшем растворитель может быть подвергнут такой же обработке, как и другие составляющие раствора, так что молярность растворителя n- абсолютного раствора, скажем, b 0 , оказывается не более чем обратной величиной его молярной доли. масса, M 0 (выражается в кг / моль):
Массовая доля [ править ]
Преобразования в и из массовой доли , ш , растворенного вещества в растворе одного растворенного вещества
где b - молярность, а M - молярная масса растворенного вещества.
В более общем смысле, для раствора n- абсолютного / одного растворителя, позволяя b i и w i быть, соответственно, моляльностью и массовой долей i -го растворенного вещества,
где M i - молярная масса i- го растворенного вещества, а w 0 - массовая доля растворителя, которая может быть выражена как функция от молярностей, так и как функция других массовых долей,
Молярная фракция [ править ]
Преобразования в и из мольной доли , х , растворенного вещества в одном-растворенного вещества раствора
где M 0 - молярная масса растворителя.
В более общем смысле, для раствора n- абсолютного / одного растворителя, если x i будет мольной долей i- го растворенного вещества,
где x 0 - мольная доля растворителя, выражаемая как функция молярностей, так и функция других мольных долей:
Молярная концентрация (молярность) [ править ]
Преобразования в и из молярной концентрации , с , для одного растворенного вещества растворов
где ρ - массовая плотность раствора, b - моляльность, а M - молярная масса (в кг / моль) растворенного вещества.
Для решений с n растворенными веществами преобразования имеют вид
где молярная концентрация растворителя c 0 выражается как функция от молярностей, а также как функция от молярностей:
Массовая концентрация [ править ]
Преобразования в и из массовой концентрации , ρ растворенного вещества , из одного-растворенного вещества раствора
где ρ - массовая плотность раствора, b - моляльность, а M - молярная масса растворенного вещества.
Для общего n- абсолютного раствора массовая концентрация i- го растворенного вещества, ρ i , связана с его моляльностью, b i , следующим образом:
где массовая концентрация растворителя ρ 0 выражается как функция молярностей, а также функция массовых концентраций:
Равные отношения [ править ]
В качестве альтернативы, мы можем использовать только последние два уравнения, приведенные для свойств состава растворителя в каждом из предыдущих разделов, вместе с соотношениями, приведенными ниже, для получения остальных свойств в этом наборе:
где i и j - индексы, представляющие все составляющие, n растворенных веществ плюс растворитель.
Пример преобразования [ править ]
Кислотная смесь состоит из 0,76, 0,04 и 0,20 массовых долей 70% HNO 3 , 49% HF и H 2 O, где проценты относятся к массовым долям кислот в бутылках, несущих остаток H 2 O. Первая стадия определяет массовые доли составляющих:
Приблизительные молярные массы в кг / моль:
Сначала определите моляльность растворителя в моль / кг,
и используйте это, чтобы получить все остальные, используя равные отношения:
Фактически, b H 2 O компенсируется, потому что он не нужен. В этом случае существует более прямое уравнение: мы используем его для определения моляльности HF:
Мольные доли могут быть получены из этого результата:
Осмоляльность [ править ]
Осмоляльность - это разновидность моляльности, которая учитывает только растворенные вещества, которые влияют на осмотическое давление раствора . Он измеряется в осмолях растворенного вещества на килограмм воды. Эта единица измерения часто используется в медицинских лабораторных результатах вместо осмолярности , потому что ее можно измерить просто путем снижения точки замерзания раствора или криоскопии (см. Также: осмостат и коллигативные свойства ).
Связь с очевидными (молярными) свойствами [ править ]
Моляльность появляется в выражении кажущегося (молярного) объема растворенного вещества как функции моляльности b этого растворенного вещества (и плотности раствора и растворителя):
- [ требуется разъяснение ]
Для многокомпонентных систем соотношение немного изменяется на сумму молярностей растворенных веществ.
Для многокомпонентных систем с более чем одним растворенным веществом общая молярность, средний кажущийся молярный объем может быть определена для всех растворенных веществ вместе, а также средняя молярная масса растворенных веществ, как если бы они были одним растворенным веществом. В этом случае первое равенство сверху модифицируется средней молярной массой M псевдоабсолютного вместо молярной массы отдельного растворенного вещества:
- ,
- , У I, J быть отношения с участием molalities растворенных веществ I, J и общее моляльность б Т .
Сумма молярностей продуктов - кажущиеся молярные объемы растворенных веществ в их бинарных растворах равна произведению между суммой молярностей растворенных веществ и кажущимся молярным объемом трехкомпонентного многокомпонентного раствора. [5]
- ,
Связь с кажущимися молярными свойствами и коэффициентами активности [ править ]
Для концентрированных ионных растворов коэффициент активности электролита делится на электрическую и статистическую составляющие.
Статистическая часть включает в себя молярность b, индекс гидратации h , количество ионов в результате диссоциации и отношение r a между кажущимся молярным объемом электролита и молярным объемом воды.
Статистическая часть коэффициента активности концентрированного раствора составляет:
- , [6] [7] [8]
Ссылки [ править ]
- ^ IUPAC , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) « моляльность ». DOI : 10,1351 / goldbook.M03970
- ^ Сангстер, Джеймс; Тенг, Чжун-Тоу; Ленци, Фабио (1976). «Мольные объемы сахарозы в водных растворах NaCl, KCl или мочевины при 25 ° C». Журнал химии растворов . 5 (8): 575–585. DOI : 10.1007 / BF00647379 .
- ^ www.OED.com . Издательство Оксфордского университета. 2011 г.
- ^ "Руководство NIST по единицам СИ" . сек. 8.6.8 . Проверено 17 декабря 2007 .
- ^ Харнед Оуэн, Физическая химия электролитических растворов, третье издание 1958 г., стр. 398–399
- ^ Glueckauf, Е. (1955). «Влияние ионной гидратации на коэффициенты активности в концентрированных растворах электролитов». Труды общества Фарадея . 51 : 1235. DOI : 10.1039 / TF9555101235 .
- ^ Glueckauf, Е. (1957). «Влияние ионной гидратации на коэффициенты активности в концентрированных растворах электролитов». Труды общества Фарадея . 53 : 305. DOI : 10.1039 / TF9575300305 .
- ^ Кортум, Г. (1960). "Структура электролитических растворов, herausgeg. Von WJ Hamer. John Wiley & Sons, Inc., Нью-Йорк; Chapman & Hall, Ltd., Лондон, 1959. 1. Aufl., XII, 441 S., geb. $ 18,50" . Angewandte Chemie . 72 (24): 97. DOI : 10.1002 / ange.19600722427 . ISSN 0044-8249 .
Поищите моляльность в Викисловаре, бесплатном словаре. |