Vi kemister, vi gillar ju att blanda lösningar med varandra, och slabba med dem till höger och vänster. Men man kan ju inte bara hälla ihop dem hur som helst utan att ha någon koll alls! Därför vill man ju veta lösningarnas halt, alltså koncentration. Men hur anger man halten av något? Ja, det finns flera olika sätt. Till exempel kan man ange den i procent (som det står på mjölkpaketet, till exempel, 3% fett). Men man skulle också kunna ange halten som antal sockerbitar per kopp, om man gillar att ta socker i kaffet. För min egen del är antalet sockerbitar per kopp noll, men du kanske gillar att få ditt koffein med litet sött tillskott? Det är i alla fall nästan samma sak som att ange koncentrationen i antal per volym, vilket kanske är det vi kemister gillar allra bäst. En sak är förmodligen ändå klar för dig, det är att om man har många sockerbitar per kopp, så får man en hög sockerkoncentration Det första och nästan enklaste sättet att ange koncentration på, det är på det sättet som kallas masshalt eller ibland masskoncentration. Då gör man helt enkelt så att man dividerar massan av det lösta ämnet med volymen av hela lösningen. Som ett räkneexempel på det säger vi att vi löser 1,0g koksalt i 0,250dm³ vatten. Vilken blir koncentrationen då? Då är koncentrationen (alltså masshalten) så enkelt beräknad som att man ställer upp 1,0g dividerat med 0,250dm³. Det blir 4,0g/dm³, vilket är detsamma som 4,0g/l. Lägg märke till hur smidigt det blir med enheten här: Eftersom jag har gram dividerat med kubikdecimeter här, så blir enheten på slutet också g/dm³. Man kan också ange koncentrationen som procenthalt. Med det menar man, hur stor andel av den totala massan är löst ämne? Jag förklarar lite mer med hjälp av ett exempel – nästan exakt samma exempel som innan, faktiskt. Hur stor blir procenthalten om man löser 1,0g koksalt i 0,250dm³ vatten? Nu kan det vara rätt så bra att erinra sig att 0,250dm³, det är ju lika mycket som 250cm³ eller 250ml. Och det väger rätt så precis 250g. När vi räknar ut masshalten vill vi ta massan av det lösta genom den totala massan på lösningen. I vårt fall blir det då 1,0g delat med 250 plus 1,0 gram. Det slår jag på min miniräknare – och gör det du också, så att du kan kolla att jag inte räknat fel! – och får det till 0,00398406. Lägg märke till här också, att eftersom vi har gram delat med gram här, så tar de ut varandra, och vi kan stryka dem. Svaret blir alltså enhetslöst, vilket är precis som vi vill ha det just nu. Det här ska jag nu avrunda och omvandla till procent. Att omvandla till procent, det är ju bara att multiplicera med hundra. Men hur mycket ska det här avrundas till? Jo, det bästa är att avrunda till två gällande siffror, det vill säga 0,40%. Vi har visserligen tre gällande siffror i 0,250 här uppe, men bara två i 1,0 här borta. Därför väljer vi två gällande siffror i avrundningen. Det vi gjorde alldeles nyss, det var att beräkna masshalten i procent, eller vikt per vikt-procenten. Det är det mest korrekta sättet att ange procenthalten på, men det finns ett till som är lite av en genväg. Vi skriver såhär, att i lösningar med låg koncentration är det dock ofta enklare att ange koncentration som massan av det lösta/volymen. Det skriver man ofta w/v-% efter engelskans ”weight per volume” istället för ”weight per weight” som vi räknade ut alldeles nyss. Då utnyttjar det här att en kubikcentimeter av en lösning är lika med en milliliter, och det väger ungefär ett gram. Så vi kollar igen: Vad blir procenthalten i vikt per volymsprocent om man löser 1,0g koksalt i 0,250 dm³ vatten? Då dividerar vi 1,0g med 250ml. Men sedan fuskar vi! Vi stryker enheterna helt, vilket man egentligen inte får! Men eftersom 250ml motsvarar ungefär 250g så kan det vara okej ändå. Det är lite ”quick’n’dirty” över det, men så länge som man är medveten om att man skarvar lite så är det okej. Om jag räknar ut det, så får jag att det blir 0,004, vilket ju är lika med 0,40% – – och det var ju faktiskt precis det jag fick när jag gjorde den ”korrekta” beräkningen med vikt per viktprocenten innan! Därför är den här typen av förenkling okej att göra när det är låga koncentrationer och inte alltför noggranna mätvärden som man använder. Och om man ska vara riktigt noggrann – ja, då är det kemisternas favorit molaritet som gäller! Molaritet, det anger hur många mol per liter det finns i en lösning. ”Mol”, det handlar ju om substansmängd, alltså ett antal. Då kan vi teckna koncentrationen såhär, att koncentrationen är lika med substansmängden delat med volymen. Vill man översätta det där till snygga storheter (och det vill man ju!) så skriver man istället c är lika med n genom V, och c är alltså koncentrationen medan n är substansmängden och V är volymen. Den enhet som koncentrationen då får, det är mol/dm³, helt enkelt eftersom vi har substansmängden i mol (förstås) och volymen brukar vi kemister ange i kubikdecimeter. Men ser du vad jag har skrivit här också? Jag har skrivit att en mol/dm³ är lika med en molar! Det är det som enheten ”M” betyder här. Det här ”molar”, det är hemskt lätt att förväxla med storheten molmassa, som tecknas med kursivt M. Ändå vill jag att du ska lära dig den! Det är för att enheten molar är så hemskt vanligt förekommande bland kemister ute i vida världen, att du måste lära dig vad det är ändå. Och jag skulle skämmas som kemilärare om jag släppte ut elever som inte visste vad ”molar” var. Så: Deal with it. En mol/dm³ är lika med 1 molar, och förväxla den inte med molmassa! Lite räkneexempel på det nu då! Jag har dåligt med fantasi, så vi säger att vi återigen löser 1,0g koksalt i 0,250dm³ vatten. Men nu ska vi beräkna koncentrationen i mol/dm³ istället! För att göra det har vi ju det här förträffliga sambandet, c är lika med n genom V. Men jag ska faktiskt ta och sudda ut det, och skriva ordentligt såhär istället – och det gör du med! Koksalt, det är ju natriumklorid, och för att visa att jag nu tänker räkna ut just koncentrationen natriumklorid, skriver jag c med NaCl lite nersänkt på det här sättet. Och då ska jag ju ta substansmängden natriumklorid och dividera med volymen. Lägg dock märke till att jag delar inte med volymen natriumklorid, utan med hela den totala volymen på lösningen. Därför skriver jag den bara ”V”. Men hur ska jag komma åt substansmängden natriumklorid? Jo, nu måste jag använda mitt andra lilla samband, med massa och molmassa! Jag skriver alltså att substansmängden natriumklorid är lika med massan natriumklorid delat med molmassan för natriumklorid. Massan natriumklorid, den var ju 1,0g. Men vad är molmassan för natriumklorid? Fram med det periodiska systemet igen, och där läser jag att molmassan för natrium är 23,0g/mol och för klor är den 35,5g/mol. Slå det på din räknemaskin du också och se om du kommer fram till 0,01709402mol du med! Så nu har vi substansmängden natriumklorid, och volymen var ju 0,250dm³. Bara att plugga in i sambandet och beräkna! Vi skriver att koncentrationen natriumklorid är lika med 0,01709402mol delat med 0,250dm³, och det blir 0,06837607mol/dm³. Kolla nu noga på vad som händer med enheterna här också! Eftersom jag har mol dividerat med kubikdecimeter här, så blir enheten på slutet också mol/dm³! Om vi nu ska avrunda detta (och det ska vi göra!) så är det bäst att avrunda till två gällande siffror. Vi har visserligen tre gällande siffror i 0,250 här, men man ska anpassa sig efter det lägsta antalet gällande siffror – och det är i 1,0 här. Vi avrundar sålunda koncentrationen till 0,068M. Och här nere väljer jag att skriva molar istället för mol/dm³ – dels för att du ska öva dig på det, och dels för att det är enklare och kortare. Men det är alltså exakt samma sak som 0,068mol/dm³. Vi tar ett exempel till! I 4,00dm³ magnesiumnitratlösning hade man löst 162g av saltet magnesiumnitrat, Mg(NO₃)₂. Beräkna lösningens totalkoncentration i molar, samt [Mg²⁺] och [NO₃⁻]-koncentrationerna. Och ser du vad taskig jag är här, jag kastar in två helt nya begrepp som jag nu vill att du ska lära dig: Totalkoncentration, och så de här märkliga hakparenteserna som betyder partikelkoncentration. Men var lugn, jag ska förklara för dig. (Det är trots allt det som är mitt jobb!) Vi börjar här med att skriva upp vad vi vet. Det är väldigt bra att göra när man stöter på en såhär lång och lite komplicerad uppgift. Vad är det egentligen jag vet, och vad är det jag ska ta reda på? Det vill jag att du alltid gör när du stöter på sådana här textuppgifter. Och gör det för all del i fysiken och matematiken också! Vi använder nu vårt kemiska språk och skriver att volymen V är lika med 4,00dm³. Det är det som står här uppe. Vi vet också att massan magnesiumnitrat är lika med 162g. Det står också i uppgiften. Nu tar vi och tecknar också det vi ska beräkna. I uppgiften stod det att vi skulle beräkna lösningens totalkoncentration. Det är den vi tecknar c, och eftersom det nu är totalkoncentrationen magnesiumnitrat tar vi och skriver Mg(NO₃)₂ lite nedsänkt här också. Den är då lika med substansmängden magnesiumnitrat delat med volymen. Nu vet vi inte vad substansmängden magnesiumnitrat är än, men vi kan räkna ut den! Substansmängden magnesiumnitrat är nämligen lika med massan magnesiumnitrat genom molmassan magnesiumnitrat. (Och lägg förresten märke till här – molmassa, ja då är det ju med kursivt "M"!) Nåväl, massan magnesiumnitrat var ju 162 gram och för molmassan för magnesiumnitraten kikar jag som vanligt i mitt periodiska system. Molmassan för magnesium är 24,3g/mol. Kvävets molmassa är 14,0g/mol och syrets molmassa är 16,0g/mol. Och så har vi ju tre syreatomer i varje nitratjon. Till råga på allt har vi också två nitratjoner i varje enhet magnesiumnitrat, så vi multiplicerar det här med två också. Det här kan vara lite knepigt att slå på miniräknaren med alla parenteser och så, så gör det du med och kolla att du också får det till 1,09238031mol. Substansmängden sätter vi nu in i sambandet här uppe, och får att totalkoncentrationen magnesiumnitrat blir 1,09238031mol dividerat med 4,00dm³, vilket är lika 0,27309508mol/dm³. Vi avrundar det här till tre gällande siffror, alltså ungefär lika med 0,273M. Nu har vi beräknat totalkoncentrationen, men vad är de här partikelkoncentrationerna av magnesiumjoner och nitratjoner som vi hade i uppgiften? Vi ska ta och skriva lite om dem i nästa del av lösningen! De här hakparenteserna är ett annat sätt att skriva koncentration, och betyder koncentrationen av just de partiklarna eller jonerna i lösningen. Det är nämligen såhär, att när magnesiumnitrat löses i vatten, så sker det enligt den här reaktionsformeln: Mg(NO₃)₂(s) → Mg²⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq). Att jag skriver ”H₂O” ovanför reaktionspilen betyder just att jag löser upp saltet i vatten. Allt fast magnesiumnitrat omvandlas till magnesiumjoner och nitratjoner. I reaktionsformeln kan vi se att för varje magnesiumnitrat som löses upp så bildas det en fri magnesiumjon. Mängdförhållandet i reaktionsformeln är så att substansmängden magnesiumnitrat förhåller sig till substansmängden magnesiumjoner som 1:1. De är alltså lika stora. Därför blir koncentrationen av magnesiumjoner lika stor som totalkoncentrationen magnesiumnitrat, det vill säga 0,273M. För nitratjonerna gäller, att för varje enhet fast magnesiumnitrat som löses upp, så bildas det två nitratjoner. Det är det som vi ser i reaktionsformeln här uppe: Det bildas två nitratjoner. Det betyder att mängdförhållandet i reaktionsformeln är sådant att substansmängden magnesiumnitrat förhåller sig till substansmängden nitratjoner som 1:2. Antalet nitratjoner som bildas är alltså dubbelt så stort som det ursprungliga antalet magnesiumnitrat-enheter. Därför blir också koncentrationen av nitratjonerna dubbelt så stor som totalkoncentrationen magnesiumnitrat, det vill säga två gånger 0,273M – vilket är lika med 0,546M.