ความเข้มข้นโมลาร์ คำจำกัดความ การคำนวณ และหน่วยวัด

ความเข้มข้นโมลาร์ (Molar concentration) หรือที่มักเรียกกันว่า โมลาริตี (Molarity) คือการวัดปริมาณของตัวละลาย (Solute) ในหน่วยโมล ต่อปริมาตรของสารละลาย (Solution) ในหน่วยลิตร เป็นหนึ่งในวิธีการระบุความเข้มข้นของสารเคมีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในทางเคมีและชีวเคมี

คำจำกัดความและการคำนวณ

ในทางเคมี ความเข้มข้นโมลาร์จะถูกกำหนดโดยจำนวนโมลของตัวละลายต่อหนึ่งหน่วยปริมาตรของสารละลาย โดยมีสูตรการคำนวณพื้นฐานดังนี้:

โดยที่:

• n: จำนวนโมลของตัวละลาย

  

• V: ปริมาตรของสารละลาย (หน่วยเป็นลิตร)

  

• N: จำนวนอนุภาคของตัวละลาย

  

• N_A: ค่าคงที่อาโวกาโดร (Avogadro constant) ซึ่งมีค่าเท่ากับ 6.02214076 × 10²³ mol⁻¹

  

ในทางอุณหพลศาสตร์ การใช้ความเข้มข้นโมลาร์อาจมีความไม่สะดวก เนื่องจากปริมาตรของสารละลายส่วนใหญ่จะเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ (การขยายตัวทางความร้อน) นักวิทยาศาสตร์จึงมักใช้ปัจจัยปรับแก้ตามอุณหภูมิ หรือเปลี่ยนไปใช้หน่วยวัดที่ไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ เช่น โมแลลลิตี (Molality) แทน

ความเข้มข้นเชิงรูปแบบ (Formality)

ในกรณีที่สารละลายมีการแตกตัว (Dissociation) เช่น เกลือที่ละลายน้ำ ความเข้มข้นโมลาร์ที่อ้างอิงตามสูตรเคมีเริ่มต้นก่อนการแตกตัวจะถูกเรียกว่า ความเข้มข้นเชิงรูปแบบ (Formal concentration หรือ Formality) ตัวอย่างเช่น หากสารละลายโซเดียมคาร์บอเนต (Na₂CO₃) มีความเข้มข้นเชิงรูปแบบ 1 mol/L เมื่อละลายน้ำจะแตกตัวให้ Na⁺ 2 mol/L และ CO₃²⁻ 1 mol/L

หน่วยวัดมาตรฐาน

หน่วยของความเข้มข้นโมลาร์ที่ใช้กันทั่วไปคือ โมลต่อลิตร (mol/L) หรือ โมลต่อลูกบาศก์เดซิเมตร (mol/dm³) ซึ่งมักใช้สัญลักษณ์ M แทนคำว่า "โมลาร์" (Molar)

ตามคำแนะนำขององค์กรสากล เช่น IUPAC และ NIST มีข้อสังเกตเกี่ยวกับชื่อเรียกและสัญลักษณ์ดังนี้:

• IUPAC (Gold Book): แนะนำให้ใช้คำว่า "ความเข้มข้นของปริมาณสาร" (Amount concentration) และใช้หน่วย mol dm⁻³ หรือ mol L⁻¹
• NIST: ระบุว่าการใช้สัญลักษณ์ M และคำว่า "โมลาริตี" (Molarity) เริ่มล้าสมัย และควรใช้หน่วย mol/dm³ หรือ mol/L แทน เพื่อลดความสับสนกับหน่วยโมแลลลิตี

นอกจากนี้ยังมีหน่วยย่อยที่ใช้บ่อย เช่น มิลลิโมลาร์ (mM), ไมโครโมลาร์ (μM) และนาโนโมลาร์ (nM)

ความสัมพันธ์กับปริมาณอื่น

ความเข้มข้นเชิงจำนวน (Number Concentration)

การแปลงความเข้มข้นโมลาร์ (c_i) เป็นความเข้มข้นเชิงจำนวน (C_i) สามารถทำได้โดยการคูณด้วยค่าคงที่อาโวกาโดร:

ความเข้มข้นเชิงมวล (Mass Concentration)

การแปลงความเข้มข้นโมลาร์ (c_i) เป็นความเข้มข้นเชิงมวล (ρ_i) สามารถทำได้โดยการคูณด้วยมวลโมลาร์ (Molar mass) ของสารนั้นๆ: