モル濃度・希釈

濃度、モル数、または希釈比を求める

モル濃度は、溶液1リットルあたりにどれだけの物質のモル数が溶けているかを測定します。 モル濃度、モル数、体積のうち残りの2つから求めるか、希釈モードに切り替えて、より低い目標濃度に達するために必要な原液と希釈液(水など)の量を求めます。

計算式

モル濃度:

$$\vC{\text{モル濃度}} = \frac{\vA{\text{モル数}}}{\vB{\text{体積}}}$$

希釈(希釈液を加える前後で溶質の量は変わりません):

$$\vA{C_1} \times \vB{V_1} = \vC{C_2} \times \vD{V_2}$$

必要な原液量について解くと: $\vB{V_1} = \frac{\vC{C_2} \times \vD{V_2}}{\vA{C_1}}$

計算例

4 Lに2 molが溶けている溶液のモル濃度:

1. 計算式を適用する: $\vC{\text{モル濃度}} = \frac{\vA{2}}{\vB{4}} = \vC{0.5}$ mol/L。

希釈 — 5 mol/Lの原液を1 mol/Lまで希釈し、合計0.5 Lにする場合:

1. 計算式を適用する: $\vB{V_1} = \frac{\vC{1} \times \vD{0.5}}{\vA{5}} = \vB{0.1}$ Lの原液。
2. 必要な希釈液を求める: $\vD{0.5} - \vB{0.1} = 0.4$ Lの水。

考慮すべき重要なポイント

• 希釈の公式(C₁V₁ = C₂V₂)が成り立つのは、溶媒を追加しても溶質の総量が決して変わらないからです — 変わるのは濃度だけです。 希釈液を加えると、同じモル数の溶質がより大きな体積に広がるため、希釈の前後で濃度と体積の積が一定に保たれるのです。
• モル濃度(mol/L)はいくつかある濃度の単位の一つであり、特に体積を基準としたもので、質量を基準としたものではありません。 他の一般的な濃度の指標 — 質量モル濃度(溶媒1kgあたりのモル数)、質量パーセント、百万分率など — は異なる基準を使用しており、溶液の密度など追加の情報なしにはモル濃度と直接互換性がありません。
• 実際に希釈溶液を調製する際、希釈液は原液の上に単純に加えられるのではなく、最終的な総体積に達するまで加えられます。 実際の実験室では、まず計算された原液量を量り取り、その後(希釈液の量を別々に加えるのではなく)混合溶液が目標の最終体積に達するまで希釈液を加えます — これにより、一部の溶液で起こり得る混合時の体積の誤差を避けられます。
• この計算機の希釈モードは、溶質自体が希釈液と反応しないことを前提としています。 単純な希釈(同じ物質の原液に水を加える場合)ではこの前提は成り立ちますが、混合が化学反応を引き起こす溶液では、この単純な比率はもはや結果の濃度を正しく表しません。

よくある間違い

• フィールド間で体積の単位を混同してしまう。 C₁V₁ = C₂V₂は、両方の体積が同じ単位(どちらもリットル、またはどちらもミリリットル)を使用している場合にのみ成り立ちます — mLとLを混ぜると、結果が1000倍ずれてしまいます。
• 希釈液の量が最終体積から原液量を引いたものだと考え、両方を別々に加えてしまう。 実際には、希釈液は混合液が目標の最終体積に達するまで加えられるものであり、独立して測って上から注ぐものではありません — 溶液の混合体積の挙動によって、この2つの方法はわずかに異なる結果になることがあります。
• より高い濃度に希釈しようとしてしまう。 溶媒を加えることは濃度を下げることしかできず、上げることはできません — より高い濃度に達するには、溶質を追加するか溶媒を取り除く必要があり、これはまったく別の計算です。
• モル濃度を他の濃度の単位と混同してしまう。 質量モル濃度(溶媒1kgあたりのモル数)、質量パーセント、百万分率はすべて濃度を異なる方法で測定しており、溶液の密度を知らなければモル濃度と互換性がありません。

知っておくと役立つこと

• グラムをモルに変換する前に溶質のモル質量が必要ですか?モル質量計算機は化学式から原子量を合計します。
• pHを求めるために酸や塩基の濃度を扱っていますか?pH計算機は濃度から直接pHを計算します。
• 溶液ではなく気体の圧力、体積、温度、モル数を関連付ける必要がありますか?理想気体の状態方程式計算機は理想気体の法則をカバーしています。