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Molalität
Die Molalität (Formelzeichen: b, teilweise auch m) ist gemäß DIN 1310 eine sogenannte Gehaltsgröße, also eine physikalisch-chemische Größe zur quantitativen …
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Bedeutung und Definition
Die Molalität ist eine Gehaltsgröße zur quantitativen Beschreibung der Zusammensetzung einer Lösung. Ihr Formelzeichen ist b (teilweise auch m); nach DIN 1310 wird m jedoch nicht empfohlen, weil es mit der Masse verwechselt werden kann.
Sie gibt an, wie viel Stoffmenge eines gelösten Stoffes auf die Masse des Lösungsmittels entfällt:
bᵢ = nᵢ / mⱼ
Dabei ist nᵢ die Stoffmenge des gelösten Stoffes i und mⱼ die Masse des Lösungsmittels j. Die Teilchen, auf die sich die Stoffmenge bezieht, müssen bei Bedarf genauer angegeben werden; es können beispielsweise Atome, Moleküle, Ionen oder Formeleinheiten sein. Die SI-Einheit der Molalität ist mol·kg⁻¹ beziehungsweise mol/kg.
Abgrenzung und Eigenschaften
Die Molalität darf nicht mit der Molarität verwechselt werden. Molarität ist eine veraltete Bezeichnung für die Stoffmengenkonzentration: Dabei wird die Stoffmenge des gelösten Stoffes auf das Gesamtvolumen der Lösung bezogen. Bei der Molalität ist dagegen ausschließlich die Masse des Lösungsmittels der Bezug.
Eine ähnliche Größe ist die spezifische Partialstoffmenge qᵢ. Sie bezieht die Stoffmenge nᵢ nicht auf die Masse des Lösungsmittels, sondern auf die Gesamtmasse m der Lösung. Beide Größen haben die Dimension und die abgeleitete SI-Einheit mol/kg.
Molalität und spezifische Partialstoffmenge sind unabhängig von Temperatur und Druck, sofern keine stofflichen Umsetzungen stattfinden. Massen und Stoffmengen ändern sich dabei nicht, Volumina dagegen können sich ändern. Außerdem lassen sich Massen genauer bestimmen als Volumina; Volumenkontraktionen oder -dilatationen bei der Herstellung einer Lösung müssen nicht berücksichtigt werden. Die Molalität wird unter anderem in der physikalischen Chemie, der chemischen Thermodynamik und der Elektrochemie verwendet.
Die dimensionslose normierte Molalität entsteht durch Division durch die Standardmolalität b° = 1 mol/kg Wasser: b/b°.
Beziehungen zu anderen Gehaltsgrößen
Für die Beziehungen gilt: M ist die molare Masse, ρ die Dichte; i bezeichnet den gelösten Stoff, j das Lösungsmittel und k die Lösung. Die Größen M und ρ beziehen sich jeweils auf den durch den Index bezeichneten Reinstoff bei gleichem Druck und gleicher Temperatur wie in der Lösung.
Aus Anteilen: bᵢ = wᵢ/(wⱼ·Mᵢ), bᵢ = xᵢ/(xⱼ·Mⱼ), bᵢ = Xᵢ/(Xⱼ·Mⱼ) und bᵢ = (φᵢ·ρᵢ)/(φⱼ·ρⱼ·Mᵢ).
Aus Konzentrationen: bᵢ = βᵢ/(βⱼ·Mᵢ), bᵢ = cᵢ/(ρₖ − cᵢ·Mᵢ), bᵢ = Cᵢ/(Cⱼ·Mⱼ) und bᵢ = (σᵢ·ρᵢ)/(σⱼ·ρⱼ·Mᵢ).
Aus Verhältnissen: bᵢ = ζᵢⱼ/Mᵢ, bᵢ = rᵢⱼ/Mⱼ, bᵢ = Rᵢⱼ/Mⱼ und bᵢ = (ψᵢⱼ·ρᵢ)/(ρⱼ·Mᵢ). Mit der spezifischen Partialstoffmenge gilt: bᵢ = qᵢ/(qⱼ·Mⱼ).
Beispiel: Kochsalzlösung
Für eine wässrige Natriumchlorid-Lösung werden 0,5 mol NaCl mit 500 g beziehungsweise 0,5 kg Wasser gemischt. Mit der molaren Masse von NaCl, 58,44 g/mol, entsprechen 0,5 mol einer Masse von 29,22 g. Die Gesamtmasse der Lösung beträgt rund 529,2 g.
Die Molalität beträgt:
b₍NaCl₎ = n₍NaCl₎/m₍H₂O₎ = 0,5 mol/0,5 kg = 1,000 mol/kg.
Die spezifische Partialstoffmenge ist kleiner, weil sie sich auf die Gesamtmasse der Lösung bezieht:
q₍NaCl₎ = 0,5 mol/0,5292 kg ≈ 0,945 mol/kg.
In der Praxis wird eine solche Lösung oft als „1-molale“ wässrige NaCl-Lösung bezeichnet. Nach DIN 32625 soll die Bezeichnung „molal“ für die Einheit mol/kg jedoch nicht mehr verwendet werden.