Molaire concentratie

De molaire concentratie (of de molariteit) is een maat voor de sterkte van een oplossing van een stof. Ze wordt gedefinieerd als het aantal mol opgeloste stof per liter oplossing.

${\displaystyle {Molariteit}={\frac {mol(opgelost)}{volume(oplossing)}}}$

Van alle manieren om de sterkte te meten is dit de bekendste. Deze maat van concentratie heeft mol per liter (mol/L) als eenheid, en wordt vaak met zijn eigen eenheid molair (M) aangegeven. Strikt genomen is dit geen SI-eenheid. De overeenkomstige SI-eenheid zou namelijk mol/dm³ zijn, maar deze eenheid wordt echter om praktische redenen veel minder gebruikt. De molariteit heeft binnen het SI-eenhedenstelsel geen symbool. De naam van de eenheid molair kan verwarrend zijn omdat die term eigenlijk per mol betekent en niet mol per liter.

Er zijn twee soorten molaire concentraties te onderscheiden, namelijk de analytische concentratie (symbool: c_A of c(A)) en de actuele concentratie (symbool: [A]). De analytische concentratie geeft de totale hoeveelheid stof van de opgeloste stof in 1 liter oplossing weer (eenheid: mol/L). De actuele concentratie is de concentratie van de deeltjes die zich daadwerkelijk in de oplossing bevinden (ook in mol/L).

Ter verduidelijking een voorbeeld: als NaCl (natriumchloride) opgelost wordt in water, splitst de stof zich een natrium-ion (Na⁺) en een chloride-ion (Cl⁻). Als 1 mol NaCl wordt opgelost in water en wordt aangevuld tot een totaal volume van 1 liter, dan is de analytische concentratie van NaCl gelijk aan 1 mol per liter (c_NaCl = 1 mol/L), maar de actuele concentratie van NaCl(-moleculen) is gelijk aan 0 mol per liter ([NaCl] = 0 mol/L). Er bevinden zich namelijk geen NaCl-moleculen als dusdanig in het water, omdat NaCl volledig splitst in ionen. De actuele concentratie van natriumionen (en van chloride-ionen) is wel gelijk aan 1 mol per liter ([Na⁺] = [Cl⁻] = 1 mol/L).

Beperkingen van de molariteit

De molariteit wordt bijzonder veel gebruikt als concentratiemaat, met name van verdunde oplossingen bij kamertemperatuur. Dat is namelijk waar men in de analytische chemie meestal mee werkt. De IUPAC is zelfs zover gegaan het woord 'concentratie' gelijk te stellen aan 'molariteit'^[1][2]. Voor meer geconcentreerde systemen is deze maat echter ongeschikt. Een goed voorbeeld is een mengsel van 1 mol water en 1 mol alcohol. Het zou in dit geval niet duidelijk zijn wat precies de opgeloste stof is en wat het oplosmiddel. Bovendien zijn bij hoge concentraties de volumes niet noodzakelijkerwijs additief. De som van het volume van 1 mol water en 1 mol pure alcohol is niet gelijk aan het volume van het mengsel van de twee. Omdat molariteit een maat is die afhangt van het volume geeft dit problemen en zijn andere concentratiematen zoals de molaliteit of de molfractie de gebruikelijke maten. De afhankelijkheid van het volume van de molaire concentratie houdt onder andere ook in dat een temperatuurverandering een verandering in de molariteit ten gevolge heeft. Immers de oplossing zet uit: het volume verandert, ook al veranderen de hoeveelheden in het geheel niet^[3]. Wanneer men dus werkt bij sterk verschillende temperaturen kiest men liever een concentratiemaat die deze eigenschap niet heeft.

Molariteit versus molaliteit

De molaliteit is het aantal mol opgeloste stof per kilogram oplosmiddel (niet: oplossing).

${\displaystyle {Molaliteit}={\frac {mol(opgelost)}{massa(oplosmiddel)}}}$

Deze eenheid is wel een SI-eenheid, maar heeft ook geen symbool in het SI-systeem. Het aanmaken van een oplossing met een bepaalde molaliteit gebruikt men alleen een weegschaal. Volumetrisch glaswerk is niet nodig: het oplosmiddel wordt gewogen.

De molaliteit is bij lage concentraties gelijk aan de molaire concentratie gedeeld door de massadichtheid van het oplosmiddel:

${\displaystyle b\approx {\frac {[A]}{\rho }}}$

Bij hogere concentraties moet de dichtheid van de oplossing echter gekend zijn om de omrekening te kunnen maken, omdat de molariteit op het totale volume van de oplossing (dit is oplosmiddel en opgeloste stof) gebaseerd is.

Voor een verdunde waterige oplossing bij kamertemperatuur zijn concentratie en molaliteit vrijwel identiek omdat een liter water een massa van (vrijwel) 1 kilogram heeft en het volume weinig verandert door toevoeging van kleine hoeveelheden opgeloste stof.

Bij andere oplosmiddelen, andere temperaturen en hoge concentraties zijn de twee maten niet identiek. Molaliteiten zijn onafhankelijk van de temperatuur, concentraties zijn dat niet omdat de oplossing uitzet. Bij hoge concentraties is volume ook niet langer een additieve grootheid. Bij menging kan volumecontractie of -expansie optreden. Wanneer een groot bereik in concentratie en temperatuur vereist is, bijvoorbeeld bij het samenstellen van een fasediagram is het daarom beter met een grootheid te werken die niet op volume gebaseerd is, zoals molaliteit of molfractie.

Conversie

Massaconcentratie

${\displaystyle \rho _{i}=c_{i}\cdot M_{i}}$

${\displaystyle \rho _{i}}$ massaconcentratie, ${\displaystyle c_{i}}$ molaire concentratie

Molfractie

${\displaystyle x_{i}={\frac {c_{i}\cdot M}{\rho }}}$

Andere concentratiematen

Andere maten voor de concentratie zijn:

• molaliteit
• normaliteit (verouderd)
• gewichtspercentage of massapercentage
• volumepercentage
• massaconcentratie
• molfractie
• parts per million (ppm)
• parts per billion (ppb)
• parts per trillion (ppt)

Bronnen, noten en/of referenties

1. Gold book IUPAC
3. blz 29 Experimental Physical Chemistry. G. Peter Matthews
   Clarendon Press 1985 ISBN 0-19-855212-2