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Molalität Physikalische GrößeName Formelzeichen b displaystyle b Größen undEinheitensystem Einheit DimensionSI mol kg 1

Molalität

Die Molalität (Formelzeichen: b, teilweise auch m) ist gemäß DIN 1310 eine sogenannte Gehaltsgröße, also eine physikalisch-chemische Größe zur quantitativen Beschreibung der Zusammensetzung von Lösungen. Hierbei wird die Stoffmenge eines gelösten Stoffes auf die Masse des Lösungsmittels bezogen.

Definition und Eigenschaften Bearbeiten

Die Molalität bi ist definiert als Quotient aus der Stoffmenge ni des betrachteten gelösten Stoffes i und der Masse mj des Lösungsmittels (nachfolgend stets mit j indiziert; oft finden auch Abkürzungen wie L, LM, Lm, Lsm Verwendung):

Wegen der Möglichkeit der Verwechslung mit der Größe „Masse“ wird das alternative Formelzeichen m für die Molalität nicht empfohlen.

Die dem Stoffmengenbegriff zugrunde liegenden „Teilchen“ sind ggf. zu spezifizieren, es können stoffliche Elementarobjekte wie Atome, Moleküle, Ionen oder auch Formeleinheiten (wie im NaCl-Beispiel unten) sein.

Nicht verwechselt werden sollte die Molalität mit der in der Laborpraxis meist bedeutsameren Molarität, einer veralteten Bezeichnung für die Gehaltsgröße „Stoffmengenkonzentration“, bei der die Stoffmenge ni des betrachteten gelösten Stoffes i auf das Gesamtvolumen V der Lösung bezogen wird.

Der Bezug auf die Masse mj des Lösungsmittels j unterscheidet die Molalität bi von der sehr ähnlichen Gehaltsgröße „spezifische Partialstoffmenge“ qi, bei der die Stoffmenge ni des betrachteten gelösten Stoffes i auf die Gesamtmasse m der Lösung bezogen wird. Beide Gehaltsgrößen besitzen die gleiche Dimension und entsprechend die gleiche abgeleitete SI-Einheit mol/kg.

Vorteilhafterweise ist die Molalität ebenso wie die spezifische Partialstoffmenge – im Gegensatz zu den volumenbezogenen Gehaltsgrößen (Konzentrationen wie z. B. die Stoffmengenkonzentration; Volumenanteil; Volumenverhältnis) – unabhängig von Temperatur und Druck, da sich Massen und Stoffmengen im Gegensatz zu Volumina mit der Temperatur bzw. dem Druck nicht ändern, sofern keine stofflichen Umsetzungen eintreten. Zudem ermöglicht ihre Verwendung eine höhere Genauigkeit, da sich Massen exakter bestimmen lassen als Volumina, und eventuelle Volumenkontraktionen (oder -dilatationen) bei der Lösungsherstellung nicht berücksichtigt werden müssen. Die Gehaltsgröße Molalität findet u. a. Anwendung in der physikalischen Chemie (z. B. in der chemischen Thermodynamik oder auch in der Elektrochemie).

Die dimensionslose normierte Molalität b/b° wird durch Division der Molalität b durch die Standardmolalität b°=1 mol/kg Wasser gebildet.

Zusammenhänge mit anderen Gehaltsgrößen Bearbeiten

In der folgenden Tabelle sind die Beziehungen der Molalität bi mit den anderen in der DIN 1310 definierten Gehaltsgrößen in Form von Größengleichungen zusammengestellt. Dabei stehen die mit einem Index versehenen Formelzeichen M bzw. ρ für die molare Masse bzw. Dichte (bei gleichem Druck und gleicher Temperatur wie in der Lösung) des jeweiligen durch den Index bezeichneten Reinstoffs. Der Index i bezeichnet übergreifend den gelösten Stoff, der Index j das Lösungsmittel und der Index k die Lösung.

Beispiel Bearbeiten

Es wird eine wässrige Lösung von Kochsalz (Natriumchlorid NaCl) aus genau einem halben Mol NaCl (unter Heranziehung der molaren Masse von NaCl entspricht dies einer Masse von 0,5 mol · 58,44 g/mol = 29,22 Gramm) und einem halben Kilogramm, also 500 Gramm Wasser (H2O) hergestellt; die Gesamtmasse der Lösung ergibt sich somit zu rund 529,2 Gramm. Die Molalität von NaCl in dieser Lösung beträgt dann:

Die spezifische Partialstoffmenge von NaCl in dieser Lösung ist etwas kleiner:

In der Praxis ist für eine solche beispielhafte Lösung oft noch mit der Bezeichnung „1-molale“ wässrige NaCl-Lösung zu rechnen (entgegen der Festlegung in der Norm DIN 32625, die Bezeichnung „molal“ für die Einheit mol/kg nicht mehr anzuwenden).

Siehe auch Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. ↑ Norm DIN 1310: Zusammensetzung von Mischphasen (Gasgemische, Lösungen, Mischkristalle); Begriffe, Formelzeichen. Februar 1984.
  2. ↑ Norm DIN 32625: Größen und Einheiten in der Chemie; Stoffmenge und davon abgeleitete Größen; Begriffe und Definitionen. Dezember 1989 (im April 2006 vom Deutschen Institut für Normung ersatzlos zurückgezogen, da wegen fehlender weiterer Mitarbeit und Resonanz seitens Industrie, Wissenschaft, Forschung und anderer Kreise kein Bedarf an dieser Norm mehr unterstellt wurde).
  3. ↑ Norm DIN EN ISO 80000-9: Größen und Einheiten – Teil 9: Physikalische Chemie und Molekularphysik. August 2013. Abschnitt 3: Benennungen, Formelzeichen und Definitionen. Tabelleneintrag Nr. 9–16.
  4. ↑ P. Kurzweil: Das Vieweg Einheiten-Lexikon: Begriffe, Formeln und Konstanten aus Naturwissenschaften, Technik und Medizin. 2. Auflage. Springer Vieweg, 2013, ISBN 978-3-322-83212-2, S. 48, 225, 251, 280, doi:10.1007/978-3-322-83211-5 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche – Softcover-Nachdruck der 2. Auflage 2000).; Lexikalischer Teil (PDF; 71,3 MB).
  5. ↑ G. Jander, K. F. Jahr, R. Martens-Menzel, G. Schulze, J. Simon: Maßanalyse: Theorie und Praxis der Titrationen mit chemischen und physikalischen Indikationen. 18. Auflage. De Gruyter, Berlin / Boston 2012, ISBN 978-3-11-024898-2, S. 54, doi:10.1515/9783110248999 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  6. ↑ Eintrag zu molality. In: IUPAC (Hrsg.): Compendium of Chemical Terminology. The “Gold Book”. doi:10.1351/goldbook.M03970 – Version: 2.3.3.
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Physikalische GrosseName MolalitatFormelzeichen b displaystyle b Grossen undEinheitensystem Einheit DimensionSI mol kg 1 N M 1Die Molalitat Formelzeichen b 1 2 3 4 5 6 teilweise auch m 1 3 4 6 ist gemass DIN 1310 eine sogenannte Gehaltsgrosse also eine physikalisch chemische Grosse zur quantitativen Beschreibung der Zusammensetzung von Losungen Hierbei wird die Stoffmenge eines gelosten Stoffes auf die Masse des Losungsmittels bezogen Inhaltsverzeichnis 1 Definition und Eigenschaften 2 Zusammenhange mit anderen Gehaltsgrossen 3 Beispiel 4 Siehe auch 5 EinzelnachweiseDefinition und Eigenschaften BearbeitenDie Molalitat bi ist definiert als Quotient aus der Stoffmenge ni des betrachteten gelosten Stoffes i und der Masse mj des Losungsmittels nachfolgend stets mit j indiziert oft finden auch Abkurzungen wie L LM Lm Lsm Verwendung 1 2 3 4 5 6 b i n i m j displaystyle b i frac n i m j nbsp Wegen der Moglichkeit der Verwechslung mit der Grosse Masse wird das alternative Formelzeichen m fur die Molalitat nicht empfohlen 1 3 Die dem Stoffmengenbegriff zugrunde liegenden Teilchen sind ggf zu spezifizieren es konnen stoffliche Elementarobjekte wie Atome Molekule Ionen oder auch Formeleinheiten wie im NaCl Beispiel unten sein Nicht verwechselt werden sollte die Molalitat mit der in der Laborpraxis meist bedeutsameren Molaritat einer veralteten Bezeichnung fur die Gehaltsgrosse Stoffmengenkonzentration bei der die Stoffmenge ni des betrachteten gelosten Stoffes i auf das Gesamtvolumen V der Losung bezogen wird Der Bezug auf die Masse mj des Losungsmittels j unterscheidet die Molalitat bi von der sehr ahnlichen Gehaltsgrosse spezifische Partialstoffmenge qi bei der die Stoffmenge ni des betrachteten gelosten Stoffes i auf die Gesamtmasse m der Losung bezogen wird Beide Gehaltsgrossen besitzen die gleiche Dimension und entsprechend die gleiche abgeleitete SI Einheit mol kg Vorteilhafterweise ist die Molalitat ebenso wie die spezifische Partialstoffmenge im Gegensatz zu den volumenbezogenen Gehaltsgrossen Konzentrationen wie z B die Stoffmengenkonzentration Volumenanteil Volumenverhaltnis unabhangig von Temperatur und Druck 2 4 5 da sich Massen und Stoffmengen im Gegensatz zu Volumina mit der Temperatur bzw dem Druck nicht andern sofern keine stofflichen Umsetzungen eintreten Zudem ermoglicht ihre Verwendung eine hohere Genauigkeit da sich Massen exakter bestimmen lassen als Volumina und eventuelle Volumenkontraktionen oder dilatationen bei der Losungsherstellung nicht berucksichtigt werden mussen Die Gehaltsgrosse Molalitat findet u a Anwendung in der physikalischen Chemie z B in der chemischen Thermodynamik oder auch in der Elektrochemie Die dimensionslose normierte Molalitat b b wird durch Division der Molalitat b durch die Standardmolalitat b 1 mol kg Wasser gebildet Zusammenhange mit anderen Gehaltsgrossen BearbeitenIn der folgenden Tabelle sind die Beziehungen der Molalitat bi mit den anderen in der DIN 1310 definierten Gehaltsgrossen in Form von Grossengleichungen zusammengestellt Dabei stehen die mit einem Index versehenen Formelzeichen M bzw r fur die molare Masse bzw Dichte bei gleichem Druck und gleicher Temperatur wie in der Losung des jeweiligen durch den Index bezeichneten Reinstoffs Der Index i bezeichnet ubergreifend den gelosten Stoff der Index j das Losungsmittel und der Index k die Losung Zusammenhange der Molalitat bi mit anderen Gehaltsgrossen Massen Stoffmengen Teilchenzahl Volumen anteil Massenanteil w Stoffmengenanteil x Teilchenzahlanteil X Volumenanteil fb i w i w j M i displaystyle b i frac w i w j cdot M i nbsp b i x i x j M j displaystyle b i frac x i x j cdot M j nbsp b i X i X j M j displaystyle b i frac X i X j cdot M j nbsp b i f i r i f j r j M i displaystyle b i frac varphi i cdot rho i varphi j cdot rho j cdot M i nbsp konzentration Massenkonzentration b Stoffmengenkonzentration c Teilchenzahlkonzentration C Volumenkonzentration sb i b i b j M i displaystyle b i frac beta i beta j cdot M i nbsp b i 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die Gesamtmasse der Losung ergibt sich somit zu rund 529 2 Gramm Die Molalitat von NaCl in dieser Losung betragt dann b N a C l n N a C l m H 2 O 0 5 m o l 0 5 k g 1 000 m o l k g displaystyle b mathrm NaCl frac n mathrm NaCl m mathrm H 2 O frac mathrm 0 5 mol mathrm 0 5 kg mathrm 1 000 frac mol kg nbsp Die spezifische Partialstoffmenge von NaCl in dieser Losung ist etwas kleiner q N a C l n N a C l m 0 5 m o l 0 529 2 k g 0 945 m o l k g displaystyle q mathrm NaCl frac n mathrm NaCl m frac mathrm 0 5 mol mathrm 0 5292 kg approx mathrm 0 945 frac mol kg nbsp In der Praxis ist fur eine solche beispielhafte Losung oft noch mit der Bezeichnung 1 molale wassrige NaCl Losung zu rechnen entgegen der Festlegung in der Norm DIN 32625 2 die Bezeichnung molal fur die Einheit mol kg nicht mehr anzuwenden Siehe auch BearbeitenOsmolalitat Osmolaritat Gefrierpunktserniedrigung Siedepunktserhohung Massenwirkungsgesetz IonenstarkeEinzelnachweise Bearbeiten a b c d Norm DIN 1310 Zusammensetzung von Mischphasen Gasgemische Losungen Mischkristalle Begriffe Formelzeichen Februar 1984 a b c d Norm DIN 32625 Grossen und Einheiten in der Chemie Stoffmenge und davon abgeleitete Grossen Begriffe und Definitionen Dezember 1989 im April 2006 vom Deutschen Institut fur Normung ersatzlos zuruckgezogen da wegen fehlender weiterer Mitarbeit und Resonanz seitens Industrie Wissenschaft Forschung und anderer Kreise kein Bedarf an dieser Norm mehr unterstellt wurde a b c d Norm DIN EN ISO 80000 9 Grossen und Einheiten Teil 9 Physikalische Chemie und Molekularphysik August 2013 Abschnitt 3 Benennungen Formelzeichen und Definitionen Tabelleneintrag Nr 9 16 a b c d P Kurzweil Das Vieweg Einheiten Lexikon Begriffe Formeln und Konstanten aus Naturwissenschaften Technik und Medizin 2 Auflage Springer Vieweg 2013 ISBN 978 3 322 83212 2 S 48 225 251 280 doi 10 1007 978 3 322 83211 5 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Softcover Nachdruck der 2 Auflage 2000 Lexikalischer Teil PDF 71 3 MB a b c 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