Što je koncentracija otopine?

Otopine su homogene smjese koje nastaju otapanjem, na molekularnoj razini, jedne ili više “otopljenih tvari” unutar “otapala” – medija za otapanje. Otapalo se također može sastojati od više od jedne tvari, sve dok se i one otapaju jedna u drugoj. U običnoj upotrebi, riječ otopina odnosi se na tvari otopljene u tekućem otapalu, iako široka upotreba riječi nije toliko ograničena. Znanstvenici količinu ili bogatstvo otopljene tvari u otopini nazivaju koncentracijom otopine. Postoje brojni načini za kvantificiranje – ili dodjelu numeričke vrijednosti – koncentracije otopine.

Metode koje se koriste za izvješćivanje o koncentraciji razlikuju se, ovisno o tome je li uporaba znanstvena ili ne – a ponekad ovisno o određenoj znanosti. Pogotovo među analitičkim kemičarima, najčešća jedinica za izvješćivanje o koncentraciji otopine je “molarnost”. Ovaj izraz potječe od riječi “mol”, koja se odnosi na molekularnu težinu određenog spoja u gramima. Lako se može vidjeti da, budući da se njihove molekularne mase razlikuju, mol šećera nije po težini jednak molu soli.

Razmotrite kako se priprema jednomolarna otopina kuhinjske soli. Natrijev klorid ima kemijsku formulu NaCl — to je reakcijski produkt koji nastaje spajanjem metalnog natrija (Na) s plinovitim klorom (Cl). Atomska težina natrija je 22.99; atomska težina klora je 35.45. Jednostavnim dodavanjem molekularna težina soli iznosi 58.44 – to jest, mol NaCl teži 58.44 grama. Otapanjem ove količine NaCl u vodi da se napravi litra (1.06 litara) otopine rezultira točno jednom molarnom otopinom (1.0 M).

Rjeđe se koncentracija otopine može izraziti u terminima “normalnost” ili “molalnost”. Definicija za normalnost se ne razlikuje mnogo od one za molarnost, ali uključuje koncept “ekvivalenata”. Na primjer, otopina koja je 1.0 molarna u fosfornoj kiselini (H3PO4), budući da proizvodi tri vodikova iona za svaku molekulu fosforne kiseline, je 3.0 normalna (3.0 N). Iako bi se u početku moglo činiti korisnim koristiti normalnost umjesto molarnosti kao standarda koncentracije otopine, normalnost nije apsolutni pojam, već ovisi o korištenju otopine. Iz tog razloga, Međunarodna unija za čistu i primijenjenu kemiju pozvala je na ukidanje normalnosti u izražavanju koncentracije otopine.

Molalitet se koristi čak rjeđe nego normalnost. Otopina je jedan molal (1.0 m) ako se sastoji od jednog mola otopljene tvari otopljene u kilogramu – ne otopine – nego otapala. Isprva bi se moglo činiti da molalitet nema posebno vrijedna svojstva što ga čini korisnim kao izraz za koncentraciju otopine. Međutim, ne uključuje volumen, već samo težinu – i za otopljenu tvar i za otapalo. To znači da molalnost ne ovisi o temperaturi, što ga čini jedinicom izbora u onim područjima kemije koja uključuju “koligativna” svojstva – ona svojstva koja uključuju broj čestica.