Molarità o concentrazione molare

Molarità: formule ed esercizi

In questa lezione, vedremo che cos'è la molarità, qual è la sua unità di misura e come la si calcola. Studieremo da quali fattori dipende la molarità di una soluzione e qual è la sua definizione. Infine, tramite due semplici esempi numerici, spiegheremo come si svolgono i calcoli con la molarità.

Per comprendere appieno la definizione di molarità, bisogna innanzitutto avere ben chiaro che cosa sono il soluto e il solvente di una soluzione.

Soluto e solvente sono i due componenti di una soluzione. Il solvente è il componente presente in quantità maggiore, che scioglie il soluto; il soluto è il componente presente in quantità minore che viene sciolto nel solvente.

Sciogliendo il soluto nel solvente si viene a formare una soluzione, un miscuglio di tipo omogeneo, in quanto le sostanze che lo compongono si mescolano in modo uniforme e non sono distinguibili neanche con l'ausilio di un microscopio. Un esempio di soluzione è l'acqua salata, formata da sale (soluto) e acqua (solvente).

Fatta questa breve ma necessaria introduzione, passiamo a studiare che cos'è la molarità dandone la definizione.

Definizione di molarità

La molarità o concentrazione molare (M) di una soluzione esprime il numero di moli (n) di soluto contenute in un litro di soluzione.

Formula per il calcolo della molarità

Operativamente la molarità è data dal rapporto tra il numero di moli di soluto e il volume in litri della soluzione in cui sono disciolte.

La formula per il calcolo della molarità è pertanto la seguente:

dove:

ovvero:

In cui M_m è la massa molare della sostanza, che rappresenta la massa in grammi di una mole, e quindi ha come unità di misura g/mol. Essa coincide numericamente con il valore della massa molecolare (o eventualmente con la massa atomica) e la si calcola eseguendo la somma dei pesi atomici di tutti gli atomi che compongono la molecola (per ulteriori chiarimenti vedi anche gli esercizi numerici proposti in fondo alla lezione).

Formule inverse della molarità

Le formule inverse per il calcolo della molarità sono le seguenti:

Si consideri che, poiché il volume di un liquido varia con la temperatura, varia con questa anche il valore della molarità di una soluzione; nelle usuali operazioni a temperatura ambiente, se non occorre una precisione elevata nelle misure, non si tiene però conto di tali variazioni (che sono dell'ordine dello 0,1%).

Aggiungiamo che, nel caso di soluzioni acquose molto diluite, essendo 1000 g H₂O = 1 L di H₂O i valori della molarità coincidono praticamente con quelli della molalità.

La formula di una specie chimica si scrive talvolta tra parentesi quadre per indicarne la molarità; ad esempio [HNO₃] = 1,5 M indica una soluzione 1,5 mol/L di acido nitrico.

Nel caso di composti ionici anziché parlare di molarità è preferibile parlare di formalità.

Esercizio #1

Si calcoli la molarità di una soluzione che, in 200 mL, contiene disciolti 4,0 grammi di glucosio C₆H₁₂O₆.

Svolgimento dell'esercizio

L'esercizio propone il calcolo della molarità di una soluzione del volume di 200 mL che contiene disciolti 4,0 grammi di glucosio C₆H₁₂O₆.

Determiniamo inizialmente la massa molare del glucosio. Consultando qualsiasi tavola periodica è possibile conoscere che la massa atomica del carbonio è 12,01 u, quella dell'idrogeno è 1,008 u mentre quella dell'ossigeno è 16,00 u. Pertanto la massa molare del C₆H₁₂O₆ vale:

M_m = (6 · 12,01) + (12 · 1,008) + (6 · 16) = 180,156 g/mol

Calcoliamo il numero di moli di soluto dividendo la massa in grammi di soluto per il valore della massa molare:

n = g / MM = 4,0 / 180,156 = 0,0233 mol

Convertiamo il volume della soluzione in litri:

200 mL = 0,200 L

Applichiamo infine la formula per il calcolo della molarità:

M = n / V = 0,0233 / 0,200 = 0,116 mol/L

Pertanto la molarità della soluzione è pari a 0,116 mol/L.

Esercizio #2

Ora vediamo in procedimento inverso a quella visto nell'esercizio precedente; noto il volume e la molarità di una soluzione, vogliamo determinare la massa del soluto disciolto.

Calcolare la quantità in grammi di acido nitrico HNO₃ contenuti in 200 mL di una sua soluzione 2,5 M (= 2,5 mol/L).

Svolgimento

Convertiamo il volume in litri:

200 mL = 0,200 L

Calcoliamo le moli di soluto moltiplicando la molarità per il volume in litri della soluzione:

n_soluto = M · V_soluzione = 2,5 mol/L · 0,2 L = 0,5 mol

Calcoliamo la massa molare di HNO₃:

M_m = 1,008 + 14,007 + (16 · 3) = 63,015 g/mol

Calcoliamo infine la massa del soluto:

massa soluto = n · M_m = 0,5 mol · 63,015 g/mol = 31,50 g

Prova tu

Determinare quanti grammi di HNO₃ sono disciolti in 5,00 L di una soluzione 1,55 · 10^-2 M dell'acido.