Stężenie roztworu — jak obliczyć procentowe, molarne i molalne?

Czym jest stężenie roztworu?

Stężenie roztworu to miara ilości substancji rozpuszczonej (solut) zawartej w określonej ilości rozpuszczalnika lub roztworu. Jest to jedno z kluczowych pojęć chemii i ma ogromne praktyczne znaczenie — od laboratoriów farmaceutycznych, przez przemysł spożywczy, aż po codzienne zastosowania domowe.

Wyróżniamy kilka rodzajów stężeń, z których każdy ma swoje zastosowania i wzory obliczeniowe.

Stężenie procentowe (masowe)

Stężenie procentowe masowe (C%) określa, ile gramów substancji rozpuszczonej zawartych jest w 100 gramach roztworu.

Wzór na stężenie procentowe

C% = (m_s / m_r) × 100%

gdzie:

• C% — stężenie procentowe [%]
• m_s — masa substancji rozpuszczonej [g]
• m_r — masa roztworu [g] = masa substancji + masa rozpuszczalnika

Przykład 1 — stężenie procentowe

Zadanie: Rozpuszczono 20 g soli kuchennej w 180 g wody. Oblicz stężenie procentowe roztworu.

Rozwiązanie:

• m_s = 20 g
• m_r = 20 g + 180 g = 200 g
• C% = (20 / 200) × 100% = 10%

Wynik: roztwór ma stężenie 10%, co oznacza, że w 100 g roztworu znajduje się 10 g soli.

Stężenie molarne (molowość)

Stężenie molarne (C_m) określa liczbę moli substancji rozpuszczonej w 1 litrze roztworu. Jest najczęściej stosowane w analizie chemicznej i stechiometrii.

Wzór na stężenie molarne

C_m = n / V

gdzie:

• C_m — stężenie molarne [mol/L, mol/dm³]
• n — liczba moli substancji [mol]
• V — objętość roztworu [L]

Pamiętaj: n = m / M, gdzie m to masa substancji [g], a M to masa molarna [g/mol].

Przykład 2 — stężenie molarne

Zadanie: Rozpuszczono 5,85 g chlorku sodu (NaCl) w wodzie i uzupełniono do 500 mL. Oblicz stężenie molarne roztworu. Masa molarna NaCl = 58,5 g/mol.

Rozwiązanie:

• n = m / M = 5,85 g / 58,5 g/mol = 0,1 mol
• V = 500 mL = 0,5 L
• C_m = n / V = 0,1 mol / 0,5 L = 0,2 mol/L

Stężenie molalne (molalność)

Stężenie molalne (m lub b) określa liczbę moli substancji rozpuszczonej w 1 kilogramie czystego rozpuszczalnika (nie roztworu). Używane głównie do opisywania właściwości roztworów (np. obniżenie temperatury zamarzania).

Wzór na stężenie molalne

m = n / m_{rozpuszczalnika}

gdzie:

• m — molalność [mol/kg]
• n — liczba moli substancji [mol]
• m_{rozpuszczalnika} — masa rozpuszczalnika [kg]

Przykład 3 — molalność

Zadanie: Oblicz molalność roztworu glukozy (C₆H₁₂O₆, M = 180 g/mol) przygotowanego przez rozpuszczenie 36 g glukozy w 500 g wody.

Rozwiązanie:

• n = m / M = 36 g / 180 g/mol = 0,2 mol
• m_{rozpuszczalnika} = 500 g = 0,5 kg
• molalność = 0,2 mol / 0,5 kg = 0,4 mol/kg

Przeliczanie stężeń

W praktyce często zachodzi konieczność przeliczenia stężenia procentowego na molarne i odwrotnie. Wzór przeliczeniowy:

C_m = (C% × ρ × 10) / M

gdzie ρ to gęstość roztworu [g/mL], M to masa molarna [g/mol].

Przykład przeliczenia

Zadanie: Stężony kwas siarkowy ma stężenie 98% i gęstość 1,84 g/mL. Masa molarna H₂SO₄ = 98 g/mol. Oblicz stężenie molarne.

Rozwiązanie:

C_m = (98 × 1,84 × 10) / 98 = 18,4 mol/L

Inne rodzaje stężeń

• Ułamek molowy (x): stosunek liczby moli składnika do sumarycznej liczby moli wszystkich składników mieszaniny
• Stężenie normalne (N): liczba równoważników chemicznych substancji w 1 litrze roztworu (stosowane w analizie miareczkowej)
• Stężenie objętościowe (C_v): objętość substancji na jednostkę objętości roztworu, wyrażane w % v/v
• ppm i ppb: części na milion/miliard — stosowane do bardzo rozcieńczonych roztworów (np. w analizie środowiskowej)

Podsumowanie wzorów

Chcesz szybko obliczyć stężenie roztworu? Skorzystaj z kalkulatora chemicznego na Liczbnik.pl — oblicz stężenie procentowe, molarne lub molalne w kilka sekund, bez żmudnych przeliczeń ręcznych.