摩尔浓度告诉你溶液中实际溶解了多少个粒子,这正是化学家在几乎所有浓度表示法中都优先选择摩尔浓度的原因。
摩尔是化学中用来方便计数极小粒子数量的单位。1摩尔大约等于6.02×10²³个粒子,这个数字被称为阿伏加德罗常数。这就像把12支铅笔叫作"一打"一样,化学家把6.02×10²³个粒子叫作"一摩尔"。
摩尔浓度表示每升溶液中溶解了多少摩尔的溶质,单位用M(mol/L)表示。计算公式为:摩尔浓度(M) = 溶质的摩尔数 ÷ 溶液的体积(升)。通常先用质量除以摩尔质量求出摩尔数,再代入这个公式计算。
医院使用的生理盐水和输液,都是按特定摩尔浓度配制的,以尽量接近体内体液的浓度;实验室在配制试剂时,也依靠摩尔浓度来确保浓度准确且可重复。准确掌握摩尔浓度,往往是让反应可预测、让溶液使用安全的关键。
以质量为基础的百分比浓度,只是表示溶质占溶液总质量的比例,只用天平就能测出来。而摩尔浓度告诉你的是实际参与反应的粒子数量,因此在化学反应的定量计算中,摩尔浓度更为实用。
摩尔质量是指某种物质1摩尔的质量,以克(g)为单位。对单一元素来说,摩尔质量的数值就等于其原子量,单位加上g/mol。例如水(H2O)的摩尔质量约为18g/mol,所以18克水正好是1摩尔。
把浓溶液加水稀释的过程中,溶质的摩尔数本身并不会改变,这正是M1V1=M2V2(稀释前浓度×体积 = 稀释后浓度×体积)这个公式的原理,利用它可以很方便地计算出需要加多少水。
化学反应方程式给出的是各物质之间的摩尔比,因此在溶液状态下进行的反应,需要知道摩尔浓度才能算出究竟要量取多少体积才合适。这也是为什么摩尔浓度是滴定等定量分析中的基本工具。
这只是一般性的化学知识介绍,并非配制输液等临床用溶液的医疗建议——那些工作是由受过专业训练的人员完成和使用的。不过,"实际粒子数量比单纯的质量更重要"这个基本原理,正是摩尔浓度从医院药房到科研实验台都会用到的原因。
假设你需要配制0.5升某物质的2M溶液,该物质的摩尔质量为40g/mol。首先求出所需摩尔数:2mol/L × 0.5L = 1摩尔。然后用摩尔质量换算成质量:1摩尔 × 40g/mol = 40克。称取40克该物质溶解,再加水定容到总体积0.5升,就得到了所需的2M溶液。
不是。摩尔浓度是以溶液的体积(升)为基准定义的,而质量摩尔浓度是以溶剂的质量(千克)为基准定义的。由于质量不会随温度变化,在温度变化较大的实验中,质量摩尔浓度往往是更精确的选择。
会。因为摩尔浓度是以体积为基准的,而溶液的体积会随温度发生微小变化,所以当温度变化较大时,即使溶解的溶质量不变,摩尔浓度的数值也可能会有极其细微的差异。