Tabla de Contenidos
Η συγκέντρωση είναι ένα από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά που καθορίζουν τη σύνθεση ενός διαλύματος. Αυτή είναι μια έντονη ιδιότητα των διαλυμάτων που υποδεικνύει τη σχέση μεταξύ της ποσότητας της διαλυμένης ουσίας και είτε της ποσότητας του διαλύματος (στις περισσότερες περιπτώσεις) είτε της ποσότητας του διαλύτη (για παράδειγμα, στην περίπτωση της μοραλικότητας). Αυτό μπορεί να εκφραστεί σε διαφορετικές μονάδες, ανάλογα με το πλαίσιο στο οποίο πρόκειται να χρησιμοποιηθεί, και επίσης ανάλογα με το πόσο συμπυκνωμένη ή αραιωμένη βρίσκεται η διαλυμένη ουσία στον διαλύτη.
Για τους ίδιους λόγους που δεν θα εκφράσαμε το μέγεθος ενός κυττάρου σε χιλιόμετρα ή την απόσταση από τη Γη στον πλανήτη Άρη σε νανόμετρα, πρέπει να επιλέξουμε προσεκτικά ποιες μονάδες συγκέντρωσης είναι πιο κατάλληλες σε κάθε κατάσταση και για κάθε επίπεδο συγκέντρωσης.
Επιπλέον, οι συγκεντρώσεις μπορούν επίσης να εκφραστούν σε φυσικές μονάδες, οι οποίες βασίζονται σε μεγέθη όπως μάζες και όγκοι, ή σε χημικές μονάδες, στις οποίες οι ποσότητες της διαλυμένης ουσίας και/ή του διαλύτη και/ή του διαλύματος εκφράζονται σε όρους αριθμού σωματίδια, κρεατοελιές, ισοδύναμα ή άλλα.
Ανεξάρτητα από τα παραπάνω, μια λύση έχει μόνο μία συγκέντρωση και το να ξέρεις πώς να μετασχηματίζεις αυτή τη συγκέντρωση μεταξύ των διαφορετικών υπαρχουσών μονάδων είναι βασική δεξιότητα για κάθε μαθητή χημείας.
Σε αυτό το άρθρο, δείχνουμε πώς να μετατρέψετε ή να μετατρέψετε τη συγκέντρωση από μοριακότητα σε μέρη ανά εκατομμύριο ή ppm.
Τι είναι η μοριακότητα;
Η μοριακότητα, που αντιπροσωπεύεται από το σύμβολο M, είναι μια από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες μονάδες συγκέντρωσης από τους χημικούς. Είναι μια χημική μονάδα συγκέντρωσης που δείχνει τον αριθμό των γραμμομορίων διαλυμένης ουσίας που υπάρχουν ανά λίτρο διαλύματος. Μαθηματικά, η μοριακότητα δίνεται από τον ακόλουθο τύπο.
όπου n sto είναι ο αριθμός των mol της διαλυμένης ουσίας και V sol ο όγκος του διαλύματος εκφρασμένος σε λίτρα. Χρησιμοποιώντας τη σχέση μεταξύ γραμμομορίων και μάζας, η οποία είναι n=m/MM, ο παραπάνω τύπος μπορεί να γραφεί ως προς τη μάζα της διαλυμένης ουσίας σε γραμμάρια και τη μοριακή της μάζα σε g/mol.
όπου m αυτή είναι η μάζα της διαλυμένης ουσίας σε γραμμάρια και MM αυτή είναι η μοριακή μάζα της διαλυμένης ουσίας εκφρασμένη σε g/mol.
Τι είναι τα μέρη ανά εκατομμύριο;
Σε αντίθεση με τη μοριακότητα, τα μέρη ανά εκατομμύριο αντιστοιχούν σε μια φυσική μονάδα συγκέντρωσης. Αυτό δείχνει πόσα «μέρη» διαλυμένης ουσίας υπάρχουν για κάθε εκατομμύριο «μέρη» του διαλύματος. Υπό αυτή την έννοια, είναι παρόμοια έννοια με τα ποσοστά, μόνο στο ότι βασίζεται σε ένα εκατομμύριο αντί για 100 μέρη λύσης.
Ως «μέρη» διαλυμένης ουσίας και διαλύματος, εννοείται είτε η μάζα είτε ο όγκος, άρα υπάρχουν 3 τύποι ppm, που είναι:
- Μέρη ανά εκατομμύριο μάζα/μάζα ή ppm m/m
- Μέρη ανά εκατομμύριο μάζα/όγκος ή ppm m/V
- Μέρη ανά εκατομμύριο όγκος/όγκος ή ppm V/V
Τα δύο πιο συχνά χρησιμοποιούμενα και αυτά που συνήθως μετατρέπονται σε μοριακότητα και αντίστροφα είναι τα ppm m/m και ppm m/V. Και στις δύο περιπτώσεις, είναι μια πολύ μικρή μονάδα συγκέντρωσης, ιδανική για την έκφραση της συγκέντρωσης πολύ αραιωμένων διαλυμάτων.
Μέρη ανά εκατομμύριο μάζα/μάζα
Υπάρχουν δύο διαφορετικοί τρόποι έκφρασης του τύπου για τον υπολογισμό ppm. Το ένα είναι παρόμοιο με τον τύπο ποσοστού, αλλά πολλαπλασιάζεται με 10 6 (ένα εκατομμύριο) αντί για 100, και το άλλο ενσωματώνει τον παράγοντα 10 6 σε έναν μετασχηματισμό μονάδας:
Στην πρώτη περίπτωση, οποιαδήποτε μονάδα μάζας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διαλυμένη ουσία και το διάλυμα, αρκεί να είναι ίδια. Στη δεύτερη περίπτωση, η μάζα της διαλυμένης ουσίας πρέπει να εκφράζεται σε χιλιοστόγραμμα εάν η ποσότητα του διαλύματος εκφράζεται σε χιλιόγραμμα. Για να μετατρέψουμε τη μοριακότητα σε ppm m/m θα χρησιμοποιήσουμε τον δεύτερο τύπο, αφού είναι ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος.
Αυτός ο τύπος μας επιτρέπει να κατανοήσουμε τα ppm m/m ως τα χιλιοστόγραμμα της διαλυμένης ουσίας που υπάρχει για κάθε κιλό διαλύματος.
Μέρη ανά εκατομμύριο μάζα/όγκος
Στην περίπτωση ppm m/V, αυτά υπολογίζονται με τον ακόλουθο τύπο:
Λόγω αυτού, συνήθως λέγεται ότι το ppm m/V αντιπροσωπεύει τα χιλιοστόγραμμα της διαλυμένης ουσίας που υπάρχει ανά λίτρο διαλύματος.
Πώς μετατρέπετε από μοριακότητα σε ppm;
Φυσικά, η μετατροπή από μοριακότητα σε ppm εξαρτάται από το αν θέλετε να μετατρέψετε σε ppm m/V ή ppm m/m. Γενικά, όταν δεν προσδιορίζετε ποια ppm είναι, είναι αρκετά ασφαλές να υποθέσουμε ότι είναι ppm m/V, οπότε ας ξεκινήσουμε με αυτήν τη μετατροπή.
Οι μετατροπές μεταξύ μονάδων συγκέντρωσης μπορούν πάντα να πραγματοποιηθούν με δύο διαφορετικούς τρόπους, λόγω του γεγονότος ότι είναι μια έντονη ιδιότητα:
- Υποθέτοντας οποιαδήποτε ποσότητα διαλύματος και προσδιορίζοντας την ποσότητα της διαλυμένης ουσίας και στη συνέχεια χρησιμοποιώντας αυτά τα δεδομένα στον τύπο για τη νέα μονάδα συγκέντρωσης, ή
- Συνδυάζοντας τους δύο τύπους για να λάβετε μια νέα φόρμουλα που δίνει μια συγκέντρωση με βάση την άλλη.
Το πρώτο είναι πιο κατανοητό ενώ το δεύτερο είναι πολύ πιο εύκολο και πιο γρήγορο στην εφαρμογή, αφού έχετε τη φόρμουλα.
Τύπος μετατροπής από μοριακότητα σε μέρη ανά εκατομμύριο m/V
Εφόσον θέλουμε να προσδιορίσουμε ppm m/V, πρέπει πρώτα να βρούμε τη μάζα της διαλυμένης ουσίας σε χιλιοστόγραμμα από τη μοριακότητα. Για να επιτευχθεί αυτό, αρκεί να καθαρίσετε τη μάζα της διαλυμένης ουσίας από τον τύπο μοριακότητας:
Αλλά αυτή η μάζα είναι σε γραμμάρια και τη χρειαζόμαστε σε χιλιοστόγραμμα, οπότε προσθέτουμε τον κατάλληλο συντελεστή μετατροπής :
Τώρα αντικαθιστούμε αυτήν την έκφραση στον τύπο ppm m/V, και αυτό είναι όλο:
Μετά την ακύρωση των όγκων του διαλύματος (και οι δύο σε L), ο τύπος παραμένει:
Ας δούμε και τις δύο μεθόδους σε δράση μέσω παραδειγμάτων.
Παράδειγμα 1
Προσδιορίστε τη συγκέντρωση σε ppm m/V ενός διαλύματος που περιέχει ιόντα Pb 2+ σε συγκέντρωση 2,83,10 -5 molar.
Λύση: Εάν η συγκέντρωση είναι 2,83,10 -5 mol/L, αυτό σημαίνει ότι σε 1L διαλύματος, υπάρχουν 2,83,10 -5 mol ιόντων Pb 2+ . Η μοριακή μάζα του μολύβδου είναι 207,2 g/mol, επομένως η μάζα του μολύβδου που υπάρχει σε 1 L διαλύματος είναι:
Τώρα, εφαρμόζουμε τον τύπο ppm m/V, γνωρίζοντας ότι ο όγκος του διαλύματος είναι 1 L (υποτιθέμενο) και η μάζα της διαλυμένης ουσίας είναι 5,86 mg (υπολογισμένη από την υποτιθέμενη ποσότητα διαλύματος):
Παράδειγμα 2
Μετατρέψτε μια συγκέντρωση 0,145 mol/L ιόντων νατρίου (Na + ) σε μέρη ανά εκατομμύριο m/V.
Λύση: Σε αυτήν την περίπτωση θα χρησιμοποιήσουμε τον τύπο για να δείξουμε πόσο απλό είναι. Το μόνο που μας λείπει είναι η μοριακή μάζα νατρίου που είναι 22,99 g/mol.
Τύπος μετατροπής από μοριακότητα σε μέρη ανά εκατομμύριο m/m
Όπως και στην προηγούμενη περίπτωση, αυτή η μετατροπή μπορεί να γίνει με δύο τρόπους. Στη συνέχεια, προκύπτει ο τύπος για τη μετατροπή της μοριακότητας σε ppm m/m.
Θα ξεκινήσουμε από την έκφραση των χιλιοστογραμμαρίων διαλυμένης ουσίας από μοριακότητα.
Το πρόβλημα σε αυτή την περίπτωση είναι ότι τα ppm m/m είναι ως προς τη μάζα του διαλύματος και όχι τον όγκο του διαλύματος, όπως φαίνεται σε αυτόν τον τύπο. Για το λόγο αυτό, πριν αντικαταστήσουμε αυτήν την έκφραση στον τύπο ppm m/m, πρέπει να είναι γνωστή η πυκνότητα του διαλύματος προκειμένου να μετατραπεί ο όγκος του σε μάζα:
Ο όγκος σε μοριακότητα είναι σε λίτρα και μας ενδιαφέρει η μάζα του διαλύματος σε κιλά (γιατί έτσι είναι στον τύπο ppm m/m), οπότε η πυκνότητα πρέπει να είναι σε kg/L. Ωστόσο, οι περισσότερες πυκνότητες αναφέρονται σε g/mL, επομένως πρέπει να συμπεριληφθεί και ένας συντελεστής μετατροπής:
Συνδυάζοντας αυτή την έκφραση, αυτή της μάζας της διαλυμένης ουσίας σε χιλιοστόγραμμα και τον τύπο ppm m/m, και αφού ακυρώσουμε τις μάζες του διαλύματος, παίρνουμε:
Παράδειγμα 3
Προσδιορίστε τη συγκέντρωση σε χιλιοστόγραμμα διαλυμένης ουσίας ανά χιλιόγραμμο διαλύματος για 0,050 μοριακό διάλυμα υδροχλωρικού οξέος, γνωρίζοντας ότι το διάλυμα έχει πυκνότητα 1,025 g/mL.
Λύση: Σε αυτήν την περίπτωση, απλώς συνδέστε τα δεδομένα στον τύπο για να μετατρέψετε τη μοριακότητα σε μέρη ανά εκατομμύριο και τελειώσατε. Η μοριακή μάζα του HCl είναι 36,46 g/mol:
βιβλιογραφικές αναφορές
https://www.quimicas.net/2015/05/ejemplos-de-ppm-partes-por-millon.html
