Моляльность - Molality

Моляльность - это мера количества молей растворенного вещества в растворе, соответствующем 1 кг или 1000 г 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 . Единица моль / кг требует, чтобы молярная масса выражалась в кг / моль вместо обычных г / моль или кг / кмоль .

Определение

Моляльность ( б ), из раствора определяется как количество веществамолях ) растворенного вещества, п растворенного вещества , деленный на массукг ) в растворителе , м растворитель :

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.

Источник

Термин молярность образуется по аналогии с молярностью, которая представляет собой молярную концентрацию раствора. Самое раннее известное использование моляльности интенсивного свойства и прилагательной единицы, ныне устаревшего моляля , по-видимому, было опубликовано Г. Н. Льюисом и М. Рэндаллом в публикации 1923 г. « Термодинамика и свободные энергии химических веществ». Хотя эти два термина можно путать друг с другом, молярность и молярность разбавленного водного раствора почти одинаковы, поскольку один килограмм воды (растворителя) занимает объем 1 литра при комнатной температуре и небольшое количество растворенного вещества. мало влияет на громкость.

Ед. изм

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 связанную с ним единицу измерения. СИ. Эта рекомендация еще не получила повсеместного применения в академических кругах.

Соображения по использованию

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 применениях это является значительным преимуществом, поскольку масса или количество вещества часто более важны, чем его объем (например, в проблеме с ограничивающим реагентом ).

Еще одним преимуществом моляльности является тот факт, 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), моляльность 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 величинам

В дальнейшем растворитель может быть подвергнут такой же обработке, что 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):

Для растворенных веществ выражение моляльности аналогично:

Выражения, связывающие молярности с массовыми долями и массовыми концентрациями, содержат молярные массы растворенных веществ M i :

Аналогичным образом, приведенные ниже равенства получены из определений молярностей и других величин состава.

Мольную долю растворителя можно получить из определения, разделив числитель и знаменатель на количество растворителя n 0 :

Затем сумма отношений других мольных количеств к количеству растворителя заменяется выражениями, приведенными ниже, содержащими молярности:

давая результат

Массовая доля

Преобразование в массовую долю , w 1 , растворенного вещества в растворе с одним растворенным веществом, составляет

где b 1 - молярность, а M 1 - 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 молярностей, так и функция других массовых долей,

Замена дает:

Мольная доля

Преобразования в и из мольной доли , х 1 мольной доли растворенного вещества в одном-растворенном веществе раствора

где M 0 - молярная масса растворителя.

В более общем смысле, для раствора n- абсолютного / одного растворителя, позволяя x i быть мольной долей i- го растворенного вещества,

где x 0 - мольная доля растворителя, выражаемая как функция молярностей, так и функция других мольных долей:

Замена дает:

Молярная концентрация (молярность)

Преобразования в и из молярной концентрации , с 1 , для одного растворенного вещества растворов

где ρ - массовая плотность раствора, b 1 - моляльность, а M 1 - 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 молярностей, а также функция других молярностей:

Замена дает:

Массовая концентрация

Преобразования в и из массовой концентрации , ρ растворенного вещества , из одного-растворенного вещества раствора

или

где ρ - массовая плотность раствора, b 1 - моляльность, а M 1 - 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 как функция других массовых концентраций:

Замена дает:

Равные отношения

В качестве альтернативы, можно 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 конвертации

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

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 простым понижением точки замерзания раствора или криоскопией (см. Также: осмостат и коллигативные свойства ).

Связь с кажущимися (молярными) свойствами

Моляльность появляется в выражении кажущегося (молярного) объема растворенного вещества как функции моляльности b этого растворенного вещества (и плотности раствора и растворителя):

Для многокомпонентных систем соотношение немного изменяется на сумму молярностей растворенных веществ. Также можно определить общую молярность и средний кажущийся молярный объем для растворенных веществ вместе, а также среднюю молярную массу 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 равняется произведению между суммой молярностей растворенных веществ и кажущимся молярным объемом в трехкомпонентном или многокомпонентном растворе.

,

Связь с кажущимися молярными свойствами и коэффициентами активности

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:

,

Моляльность тройного или многокомпонентного раствора

Моляльность растворенных веществ b 1 , b 2 в тройном растворе , полученном смешиванием двух бинарных водных растворов с разными растворенными веществами (например, сахар и соль или две разные соли), отличается от исходной моляльности растворенных веществ b ii в их бинарных растворах. .

Рассчитывается содержание растворителя в массовых долях w 01 и w 02 из каждого смешиваемого раствора масс m s1 и m s2 как функция исходной моляльности. Затем количество (моль) растворенного вещества из каждого бинарного раствора делится на сумму масс воды после смешивания:

Массовые доли каждого растворенного вещества в исходных растворах w 11 и w 22 выражаются как функция исходных молярностей b 11 , b 22  :

Эти выражения массовых долей подставляются в окончательные молялитеты.

Результаты для тройного решения могут быть распространены на многокомпонентный раствор (с более чем двумя растворенными веществами).

Из моляльностей бинарных растворов

Моляльность растворенных веществ в тройном растворе может быть выражена также через моляльность в бинарных растворах и их массы:

Моляльность бинарного раствора:

Массы растворенных веществ, определенные из молярностей растворенных веществ и масс воды, могут быть подставлены в выражения масс растворов:

Аналогично для массы второго раствора:

Отсюда можно получить массы воды, которые необходимо суммировать в знаменателе моляльностей растворенных веществ в тройных растворах.

Таким образом, тройные моляльности:

использованная литература