فرمالیته شیمی چیست؟ – به زبان ساده + تفاوت با مولاریته

فرمالیته مفهومی است که از آن برای بیان غلظت محلول استفاده می‌شود. غلظت فرمالیته یک محلول تعداد مول‌های آن را در ۱ لیتر از حلال مورد نظر را نشان می‌دهد. از آن‌جا که دانشجویان رشته‌ شیمی و افراد فعال در این حوزه با محلول‌های مختلف و متعددی سروکار دارند، آشنایی با نحوه محاسبه انواع غلظت‌ها برای آ‌ن‌ها اهمیت فراوانی دارد.

در این مطلب از مجله فرادرس ابتدا می‌خواهیم بدانیم غلظت فرمالیته چیست و چگونه محاسبه می‌شود. سپس به کمک رابطه مسلط بر آن تعدادی مثال مرتبط را حل خواهیم کرد. در ادامه به غلظت مولاریته می‌پردازیم و تفاوت آن را با غلظت فرمال بررسی می‌کنیم. در نهایت نیز برای تثبیت آموخته‌های خود تعدادی مثال را به همراه پاسخ تشریحی و تمرین چند گزینه‌ای مرور می‌کنیم.

غلظت فرمالیته چیست؟

«فرمالیته» (Formality) که آن را به اختصار با $$F$$ نمایش می‌دهند، نوعی از اندازه‌گیری غلظت در علم شیمی است. غلظت واحدی کلی برای گزارش مقدار حلال و حل‌شونده درون یک محلول است و می‌توان آن را با واحدهای متفاوت توصیف کرد که باعث به وجود آمدن غلظت‌های متفاوت مانند مولالیته، مولاریته، نرمالیته و ... می‌شود.

فیلم آموزش محلول سازی در آزمایشگاه در فرادرس

کلیک کنید

توجه داشته باشید که حلال و حل‌شونده می‌توانند به فرم‌های فیزیکی متفاوتی باشند. به مقدار فرمالیته یک محلول، «غلظت فرمال» (Formal Concentration) نیز گفته می‌شود. مقدار فرمالیته محلول‌ها به دمای آن بستگی دارد و با تغییر دما دستخوش تغییراتی می‌شود.

برای مثال اگر مقدار ۰٫۱ مول از سدیم کلرید را در ۱ لیتر آب حل کنیم، محلولی به دست می‌آید که شامل ۰٫۱ مول از یون سدیم و ۰٫۱ مول از یون کلرید است.

محاسبات فرمالیته

فرمالیته یک محلول برابر با تعداد مول‌های حل‌شونده در یک لیتر از حجم حلال است و از رابطه زیر به دست می‌آيد.

$$ F = \dfrac {\text{moles}} {\text{liters}} $$

حال می‌خواهیم بدانیم هر یک از مولفه‌های این رابطه نشان‌دهنده چه چیزی هستند.

• $$F$$: مقدار فرمالیته
• $$moles$$: تعداد مول‌های حل‌شونده
• $$Litres$$: حجم حلال

مثال از محاسبات فرمالیته

حال که با این نوع بیان غلظت و رابطه مسلط بر آن آشنا شدیم، می‌خواهیم در این بخش تعدادی مثال را حل کنیم و فرمالیته را در محلول محاسبه کنیم.

مثال

مقدار فرمالیته محلول سدیم کلرید را در صورتی محاسبه کنید که ۵٫۸۵ گرم از آن در ۲۵۰ میلی‌لیتر از حلال حل شده باشد.

پاسخ

ابتدا باید تعداد مول‌های سدیم کلرید را به دست بیاوریم. این کار را می‌توان با تقسیم جرم آن بر جرم مولکولی به دست آورد. جرم مولکولی سدیم کلرید نیز از مجموع جرم اتمی، اتم‌های سازنده آن و به‌صورت زیر قابل محاسبه است.

$$ m= 23+35.5=58.5\; g/mol $$

سپس با در دست داشتن جرم مولکولی سدیم کلرید، تعداد مول آن را محاسبه می‌کنیم.

$$ mole_{NaCl}= \frac{5.85 \;g}{58.5\;g/mol}=0.1\;mol $$

در مرحله بعد باید حجم حلال را به واحد لیتر به دست بیاوریم. می‌دانیم که هر ۱۰۰۰ میلی‌لیتر برابر با ۱ لیتر است. در این صورت ۲۵۰ میلی‌لیتر برابر با ۰٫۲۵ لیتر خواهد بود. سپس تعداد مول‌های به دست آمده در مرحله قبل را بر حجم حلال تقسیم می‌کنیم و فرمالیته به دست می‌آيد.

$$ F= \frac{0.1\;mol}{0.25\;L}=0.4\;F $$

بنابراین تحت چنین شرایطی غلظت سدیم کلرید برابر با ۰٫۴ فرمال است.

مولاریته در شیمی چیست؟

«مولاریته» (Molarity) که آن را به اختصار با $$M$$ نمایش می‌دهند، بیانی از غلظت محلول است که می‌توان آن را به‌صورت رابطه زیر نشان داد.

$$ M = \dfrac {\text{moles}} {\text{liters}} $$

تفاوت فرمالیته و مولاریته

همان‌طور که در بخش قبلی مشاهده کردید، رابطه مولاریته و فرمالیته یکسان است، با این حال این دو بیان غلظت تفاوتی جزئی با یکدیگر دارند که در این بخش می‌خواهیم به آن بپردازیم.

فیلم آموزش شیمی عمومی در فرادرس

کلیک کنید

مولاریته نشان‌دهنده غلظت یک گونه شیمیایی ویژه است اما فرمالیته غلظت کلی یک ماده را بدون توجه به گونه شیمیایی ویژه آن، به دست می‌دهد. بنابراین در صورتی که ماده‌ای در فرآیند انحلال، به یون‌های سازنده خود تفکیک نشود، مقدار مولاریته و فرمالیته برای این محلول برابر با یکدیگر خواهد بود. برای مثال می‌توان به گلوکز اشاره کرد که مقدار مولاریته و فرمالیته آن در محلول با یکدیگر یکسان است.

در صورتی که ترکیبی در محلول دستخوش «یونیزاسیون» (Ionization) شود، مقدار مولاریته و فرمالیته آن با یکدیگر متفاوت خواهد بود که می‌توان به کلسیم کلرید با فرمول شیمیایی $$CaCl_2$$ اشاره کرد.

زمانی که ۰٫۱ مول از کلسیم کلرید را در ۱ لیتر آب حل می‌کنیم، محلول حاوی ۰٫۱ مول از یون کلسیم $$(Ca^{2+})$$و ۰٫۱ مول از یون کلرید $$(Cl^-)$$ است. در این صورت مقدار مولاریته کلسیم کلرید برابر با صفر است زیرا در محلول هیچ کلسیم کلرید به‌صورت غیریونیزه و دست‌نخورده وجود ندارد. با این حال محلول نسبت به یون کلسیم دارای مولاریته ۰٫۱ و نسبت به یون کلرید دارای مولاریته برابر با ۰٫۲ است. توجه داشته باشید که به‌طور معمول برای نشان دادن مقدار مولار یک گونه آن را به‌صورت $$[Cl]$$ نمایش می‌دهند.

همچنین فرمالیته کلسیم کلرید برابر با ۰٫۱ است زیرا همان‌طور که پیشتر گفتیم نشان‌دهنده مقدار کل کلسیم کلرید در محلول است. بنابراین همان‌طور که مشاهده می‌کنید از تفاوت غلظت‌ها می‌توان به نکات مهمی در مورد آن‌ها دست پیدا کرد.

مثال و حل تمرین

حال که می‌دانیم غلظت فرمالیته چیست و با نحوه محاسبه آن نیز آشنا شدیم، می‌خواهیم به بررسی تعدادی مثال به همراه پاسخ تشریحی آن‌ها بپردازیم. توجه به پاسخ‌های تشریحی کمک می‌کند تا توانایی پاسخگویی به مسائل مشابه را پیدا کنید.

فیلم آموزش آزمایشگاه شیمی عمومی در فرادرس

کلیک کنید

مثال

در این بخش می‌خواهیم باه بررسی تعدادی مثال به همراه پاسخ تشریحی در ارتباط با فرمالیته بپردازیم.

مثال اول

محلولی داریم از گلوکز که مقدار مولاریته آن برابر با ۰٫۰۲۵۹ است. مقدار فرمالیته گلوکز را در این محلول به دست آورید.

پاسخ

گلوکز از جمله ترکیباتی است که در انحلال دستخوش یونیزاسیون نمی‌شود و در محلول چنین ترکیباتی مقدار مولاریته و فرمالیته با یکدیگر برابر است. در نتیجه مقدار فرمالیته گلوگز نیز برابر با ۰٫۰۲۵۹ خواهد بود.

مثال دوم

مهم‌ترین تفاوت دو بیان غلظت فرمالیته و مولاریته در چیست؟

پاسخ

مهم‌ترین تفاوت بین این دو مفهوم این است که در فرمالیته اتفاقی که برای ترکیبات شیمیایی در اثر انحلال رخ می‌دهد، تاثیری در مقادیر و محاسبات آن ندارد. این در حالیست که نحوه انحلال حل‌شونده در یک حلال را باید در انجام محاسبات مولاریته در نظر داشته باشیم.

مثال سوم

مقدار فرمالیته محلولی حاوی ۵۰ گرم سدیم کلرید در ۵۰۰ گرم از محلولی با چگالی ۰٫۹۳۶ گرم بر سانتی‌متر مکعب را به دست آورید.

پاسخ

ابتدا می‌توانیم به کمک رابطه بین حجم، چگالی و جرم، مقدار حجم حلال به کار رفته را مانند زیر به دست آوریم. در این رابطه منظور از $$V$$ حجم، $$m$$ جرم و $$d$$ چگالی است.

$$ V = \frac{m}{d} $$

سپس با جایگذاری این رابطه در رابطه فرمالیته آن را به دست می‌آوریم. توجه داشته باشید که در صورت سوال تعداد مول‌های سدیم کلرید را نداریم اما می‌توان از تقسیم جرم آن بر جرم مولکولی آن را به دست آورد.

$$ F =\frac{50\;g}{58.5\;g/mol}\times\frac{1000\;cm^3}{500\;g}\times \frac{0.936\;g/cm^3}{1\;m^3} =1.6 \;F$$

از آنجا که هر ۱ لیتر برابر با ۱ مترمکعب است و حجم در فرمالیته باید برحسب لیتر باشد، در رابطه نوشته شده، مقدار سانتی‌متر مکعب را به مترمکعب تبدیل کرده‌ایم. بنابراین در چنین شرایطی غلظت سدیم کلرید برابر با ۱٫۶ فرمال است.

مثال چهارم

با انحلال سدیم کربنات در آب چه اتفاق رخ می‌دهد؟

پاسخ

در صورتی که ترکیب سدیم کربنات را در آب حل کنیم به یون‌های سازنده خود یعنی کاتیون سدیم $$(Na^+)$$ و آنیون کربنات $$(CO_3^{2-})$$ تفکیک می‌شود. برخی از آنیون‌های کربنات با آب واکنش می‌دهند و گونه‌هایی به‌صورت $$CO_3^-$$ و $$H_2CO_3$$ را تولید می‌کنند.

در صورتی که مقدار $$pH$$ محیط پایین باشد هیچ سدیم کربناتی به‌‌صورت دست‌نخورده در محلول باقی نمی‌ماند، بنابراین قابل درک است که با وجود افزودن ۱ مول سدیم کربنات به محلول، بعد از انحلال مقدار آن در محیط برابر با صفر است.

حل تمرین

در این بخش می‌خواهیم با بررسی تعدادی تمرین چند‌گزینه‌ای درک خود از مفهوم غلظت فرمال را عمق ببخشیم.

تمرین اول