Molarità e molalità: cosa sono e quali sono le differenze
In chimica uno degli errori più comuni è confondere molarità con molalità. Non cambia solo una lettera ma l’intero metodo di calcolo nonché la concentrazione espressa. Per questo negli esercizi (ma anche in laboratorio!) è meglio avere ben chiara la differenza. Chissà cosa potrebbe succedere altrimenti…
Partiamo dai concetti per poi vedere qualche esempio.
Molarità: moli e litri
La molarità è una grandezza chimica che esprime la concentrazione di una sostanza in una soluzione. Si esprime per numero di moli su un litro di soluzione. Il simbolo con cui la si indica è la M maiuscola. Se si parla di una soluzione 1 M si intende che ogni litro di soluzione è presente una mole di una sostanza, o meglio del soluto.
Per affinare il concetto, occorre riprendere le definizioni di soluzione, solvente e soluto. In ogni soluzione il soluto è la sostanza presente in quantità minore, il solvente è in quantità maggiore. L’unione di solvente e soluto forma la soluzione e si sta parlando di moli su litri di soluzione.
La molarità quindi non fa riferimento al numero di moli in un litro di solvente. Esprime bensì le moli di soluto sull’insieme delle due parti. Il volume a cui si fa riferimento va calcolato con attenzione.
Vediamo un esempio semplice. Se so di avere 0,2 moli di soluto in 2 litri di soluzione, il calcolo da svolgere è un rapporto. M = n moli/ V soluzione quindi 0,2/2 = 0,1 M.
Molalità: moli e chilogrammi
La molalità diversamente dalla molarità si basa sulla massa e non sul volume della soluzione in esame. Il suo simbolo è la m minuscola (m) ed esprime il numero di moli di soluto ogni kg di solvente. Quindi la formula sarà m = n moli/ kg solvente.
Non solo non si parla più di litri ma di chilogrammi, ma non si considera neanche più la soluzione totale. La concentrazione è espressa dal rapporto fra moli di soluto e massa del solo solvente. In una soluzione composta da 0,5 kg di solvente e contenente 0,3 moli di soluto si avrebbe m = 0,3/0,5 = 0,6 moli/kg.
La massa in kg (o grammi) si ricava conoscendo volume e densità della sostanza in esame. Senza la densità non è possibile quindi passare da molarità a molalità convertendo la concentrazione. La densità è una grandezza che si può esprimere in g/mL o kg/L e si indica con il simbolo ρ.
Passare da moli/L a moli/kg (solvente)
Una volta appreso la differenza fra le due espressioni di concentrazione occorre un passo successivo. Che fare se ne conosciamo una ma non è quella più agevole per i calcoli? Meglio vedere un esempio per capire.
Supponiamo di avere una soluzione 3 M di HCl con densità pari a 1,05 g/mL. Sappiamo quindi di avere 3 moli ogni litro di soluzione e che ogni litro di soluzione ha una densità di 1,05 kg (moltiplico per mille la misura nota). Ci manca invece la massa del soluto che si può ricavare agevolmente dalla tavola periodica. massa di H + massa di Cl = 36,465 g/mol.
A questo punto abbiamo densità e volume della soluzione. Per la molalità però occorre conoscere la massa del solvente. Poiché la soluzione è data dalla somma delle due masse, bisogna sottrarre alla massa d’insieme quella del soluto. La massa di un litro di soluzione è data da densità per volume: ρ x 1L = 1,05 kg/L.
Da qui si dovrà sottrarre la massa del soluto. 3 moli di HCl sono pari a 36,465 x 3 = 109,4 g. Poi trovo la massa del solvente con 1050 -109,4 = 940,6 g.
La molalità corrispondente sarà data dalle 3 moli note divise per la massa in kg del solvente. Quindi m = 3/0,9406 = 3,19. La differenza fra le due quantità può sembrare di poco conto in questo caso ma non è sempre così.
Da molalità a molarità
Se invece conosco solvente e moli di soluto è possibile convertire in un’altra forma di concentrazione? Certo che sì. Come prima però è essenziale la densità della soluzione. Proviamo ora a partire dalla molalità e vedere i passaggi.
Prendiamo una soluzione di NaCl dove abbiamo 2,1 moli di NaCl disciolte in 1020 grammi di acqua. La densità della soluzione è pari a 1,21 g/mL e vorrei ricavarne la molarità. Come conviene procedere?
Innanzitutto occorre ricavare la massa totale della soluzione. Per farlo bisogna sommare le masse di soluto e solvente. Conosco le moli di soluto e dalla massa molare ricavo i grammi corrispondente. Dalla tavola periodica ricavo che le masse molari di Na e Cl sommate danno 58,44 g/mol. Quindi 2,1 moli corrispondono a 2,1 x 58,44 = 122,724 g totali.
Ora bisogna sommare la massa del soluto a quella dell’acqua, ossia il solvente. Quindi 122,724 + 1020 = 1142.724 g di soluzione. Dalla massa ricavo il volume dividendola per la densità. Dunque 1142,724/1,21 = 944,4 mL = 0,944 L
Le moli della soluzione sono sempre 2,1 su un volume complessivo di 0,944 L. La molarità (M) si può ricavare facendo 2,1/0,944 = 2,22 mol/L.
