Mức độ

Mức độ là thuật ngữ chỉ số lượng chất hòa tan trong một hỗn hợp, thường là trong dung dịch.

Các thuật ngữ liên quan

Dung dịch bao gồm chất tan và dung môi. Khi chất tan hòa tan nhiều hơn trong một lượng dung môi cố định, nồng độ của dung dịch sẽ tăng. Nồng độ đạt giá trị cao nhất khi dung dịch trở nên bão hòa, tức là chất tan không còn hòa tan thêm được.

Nếu chất tan được thêm vào một dung dịch đã bão hòa, nó sẽ không hòa tan mà dẫn đến hiện tượng kết tinh (tiếng Anh: phase separation), tạo ra các pha đồng tồn tại hoặc huyền phù (còn gọi là thể vẩn). Điểm bão hòa phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ môi trường, và tính chất hóa học của dung môi và chất tan.

Nồng độ có thể được tăng cường bằng cách thêm chất tan vào dung dịch hoặc giảm lượng dung môi, ví dụ như qua quá trình bay hơi. Ngược lại, nồng độ có thể giảm bằng cách tăng dung môi hoặc giảm chất tan.

Nồng độ có thể được diễn tả theo cách định tính hoặc định lượng.

Hệ thống định tính

Về mặt định tính, dung dịch có nồng độ thấp thường được gọi là 'loãng,' trong khi dung dịch có nồng độ cao được gọi là 'đậm đặc.' Thường thì, một dung dịch càng cô đặc thì màu sắc của nó càng đậm.

Hệ thống đo lường nồng độ

Hệ thống đo lường nồng độ cung cấp thông tin khoa học quan trọng và hữu ích. Có nhiều phương pháp khác nhau để biểu thị nồng độ một cách chính xác; dưới đây là các phương pháp phổ biến nhất.

Lưu ý: Nhiều đơn vị đo nồng độ yêu cầu đo thể tích của chất, và số đo này có thể thay đổi theo nhiệt độ và áp suất. Trừ khi có ghi chú khác, các trường hợp dưới đây đều giả định ở điều kiện chuẩn (25 độ C và 1 atmosphere).

Nồng độ theo phần trăm

Phần trăm khối lượng cho biết tỷ lệ khối lượng của một chất trong hỗn hợp so với tổng khối lượng của hỗn hợp đó. Ví dụ, nếu một chai chứa 40 g ethanol và 60 g nước, nó sẽ có 40% ethanol theo khối lượng. Trong ngành công nghiệp, các hóa chất lỏng đặc như axit và bazơ thường được ghi nhãn bằng phần trăm khối lượng cùng với tỉ trọng. Trong tài liệu cũ, nó thường được gọi là phần trăm khối lượng-khối lượng (viết tắt w/w).

Phần trăm khối lượng-thể tích, thường được viết tắt là % m/v hay % w/v, chỉ ra tỷ lệ khối lượng của chất trong một hỗn hợp so với thể tích toàn bộ hỗn hợp. Phần trăm khối lượng-thể tích chủ yếu dùng cho các dung dịch pha từ thuốc thử rắn, được tính bằng khối lượng chất tan (g) nhân với 100 và chia cho thể tích dung dịch (mL).

Phần trăm thể tích-thể tích, hay % (v/v), biểu thị thể tích của chất tan theo mL trong 100 mL dung dịch. Đây là cách thường dùng khi pha trộn hai dung dịch lỏng. Ví dụ, nếu bia có 5% ethanol theo thể tích, điều đó có nghĩa là mỗi 100 mL bia chứa 5 mL ethanol.

Nồng độ mol

Nồng độ mol thể tích (còn gọi là nồng độ phân tử gam), ký hiệu C_M, đơn vị là M hoặc mol/lít, thể hiện số mol của chất tan trong 1 lít dung dịch. Ví dụ, nếu 4,0 lít dung dịch chứa 2,0 mol chất tan, thì dung dịch đó có nồng độ 0,5 M, hay còn gọi là 0,5 phân tử gam ('0,5 molar'). Việc sử dụng đơn vị mol giúp xác định số lượng chính xác các phân tử trong dung dịch, không phụ thuộc vào khối lượng và thể tích của chúng.

Nồng độ molan

Nồng độ mol khối lượng (ký hiệu m) chỉ số mol của một chất tan trong 1 kg dung môi. Ví dụ, nếu 2,0 kg dung môi chứa 1,0 mol chất tan, dung dịch sẽ có nồng độ 0,5 mol/kg, hay '0,5 molal.'

Lợi ích của nồng độ mol khối lượng là nó không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, vì nó dựa trên khối lượng dung môi chứ không phải thể tích dung dịch. Khi nhiệt độ tăng, thể tích dung dịch mở rộng dẫn đến giảm nồng độ mol thể tích. Ngược lại, nồng độ mol khối lượng luôn ổn định bất kể thay đổi về điều kiện vật lý như nhiệt độ và áp suất.

Molinity

Molinity là một thuật ngữ ít gặp, dùng để chỉ số mol của một chất hòa tan trong 1 kilogam dung dịch. Ví dụ: nếu thêm 1,0 mol chất tan vào 2,0 kg dung môi, tổng khối lượng là 2,5 kg; khi đó, molinity của dung dịch là 1,0 mol / 2,5 kg = 0,4 mol/kg.

Lưu ý: molarity và molinity dựa trên thể tích toàn bộ dung dịch, trong khi molality chỉ dựa trên khối lượng của dung môi.

Nồng độ chuẩn

Nồng độ chuẩn là một khái niệm liên quan đến nồng độ mol thể tích, thường được sử dụng trong các phản ứng và dung dịch axít-base. Trong phản ứng axít-base, đương lượng là lượng axit hoặc base có khả năng nhận hoặc nhường đúng 1 mol proton (ion H). Nồng độ chuẩn cũng áp dụng trong phản ứng oxi hóa-khử, với đương lượng là lượng tác nhân oxi hóa hoặc khử có khả năng nhận hoặc cung cấp một mol electron.

Nếu nồng độ mol thể tích đo lường số hạt trong một lít dung dịch, thì nồng độ chuẩn đo lường số đương lượng trong một lít dung dịch.

Trong thực tế, điều này có nghĩa là bạn chỉ cần nhân nồng độ mol thể tích của dung dịch với hóa trị của ion chất tan. Đối với các phản ứng oxi hóa-khử, quy trình có phần phức tạp hơn một chút.

Ví dụ: 1 M axít sulfuric (H₂SO₄) tương đương với 2 N trong phản ứng axít-base vì mỗi mol axít sulfuric cung cấp 2 mol ion H. Tuy nhiên, 1 M axít sulfuric chỉ là 1 N trong phản ứng kết tủa sulfate, vì mỗi mol axít sulfuric chỉ cung cấp 1 mol ion sulfate.

Lưu ý: Trong phản ứng axít-base, nồng độ chuẩn luôn bằng hoặc lớn hơn nồng độ mol thể tích; ngược lại, trong phản ứng oxi hóa-khử, nồng độ chuẩn thường nhỏ hơn hoặc bằng nồng độ mol thể tích.

Tỉ lệ mol

Tỉ lệ mol χ (chi) biểu thị số mol của chất tan so với tổng số mol trong dung dịch. Chẳng hạn, nếu 1 mol chất tan được hòa tan trong 9 mol dung môi, tỉ lệ mol sẽ là 1/10 hoặc 0,1.

Nồng độ chính tắc (formal)

Nồng độ chính tắc (F) là phương pháp đo nồng độ tương tự như nồng độ mol thể tích nhưng ít được sử dụng hơn. Nó được tính dựa trên số lượng hóa chất theo công thức cấu tạo trong mỗi lít dung dịch. Khác với nồng độ mol thể tích, nồng độ chính tắc chỉ biểu thị số mol của công thức hóa học nguyên thủy trong dung dịch mà không tính đến các thực thể tồn tại thực sự trong dung dịch. Ngược lại, nồng độ mol thể tích thể hiện số lượng các thực thể có trong dung dịch.

Ví dụ, khi hòa tan calcium carbonate (CaCO₃) vào 1 lít nước, hợp chất này phân ly thành các ion Ca và CO₃. CO₃ tiếp tục phân ly thành HCO₃ và H₂CO₃. Do đó, không còn CaCO₃ nguyên vẹn trong dung dịch. Mặc dù thêm 1 mol CaCO₃, dung dịch không chứa 1 M chất này; tuy nhiên, chúng ta có thể nói dung dịch chứa 1 F CaCO₃.