Comment convertir la molarité en parties par million ou ppm ?

La concentration est l’une des caractéristiques les plus importantes qui définissent la composition d’une solution. Il s’agit d’une propriété intensive des solutions qui indique la relation entre la quantité de soluté et soit la quantité de solution (dans la plupart des cas), soit la quantité de solvant (dans le cas de la molalité, par exemple). Cela peut être exprimé en différentes unités, selon le contexte dans lequel il va être utilisé, et aussi selon la concentration ou la dilution du soluté dans le solvant.

Pour les mêmes raisons que nous n’exprimerions pas la taille d’une cellule en kilomètres ou la distance de la Terre à la planète Mars en nanomètres, nous devons sélectionner avec soin les unités de concentration les plus appropriées dans chaque situation et pour chaque niveau de concentration.

En outre, les concentrations peuvent également être exprimées en unités physiques, qui sont basées sur des grandeurs telles que des masses et des volumes, ou en unités chimiques, dans lesquelles les quantités de soluté et/ou de solvant et/ou de solution sont exprimées en termes de nombre de particules, moles, équivalents ou autres.

Indépendamment de ce qui précède, une solution n’a qu’une seule concentration, et savoir comment transformer cette concentration entre les différentes unités existantes est une compétence de base pour tout étudiant en chimie.

Dans cet article, nous montrons comment transformer ou convertir la concentration de molarité en parties par million ou ppm.

Qu’est-ce que la molarité ?

La molarité, représentée par le symbole M, est l’une des unités de concentration les plus utilisées par les chimistes. C’est une unité chimique de concentration qui indique le nombre de moles de soluté présentes par litre de solution. Mathématiquement, la molarité est donnée par la formule suivante.

où n _sto est le nombre de moles de soluté et V _sol est le volume de la solution exprimé en litres. En utilisant la relation entre les moles et la masse, qui est n=m/MM, la formule ci-dessus peut être écrite en termes de masse de soluté en grammes et sa masse molaire en g/mol.

où m _c’est la masse du soluté en grammes et MM _c’est la masse molaire du soluté exprimée en g/mol.

Que sont les parties par million ?

Contrairement à la molarité, les parties par million correspondent à une unité physique de concentration. Cela indique combien de « parties » de soluté il y a pour chaque million de « parties » de la solution. En ce sens, il s’agit d’un concept similaire aux pourcentages, sauf qu’il est basé sur un million au lieu de 100 parties de solution.

Par « parties » de soluté et de solution, on entend soit la masse soit le volume, il existe donc 3 types de ppm, qui sont :

• Parties par million masse/masse ou ppm m/m
• Parties par million masse/volume ou ppm m/V
• Parties par million volume/volume ou ppm V/V

Les deux plus couramment utilisés et ceux qui sont généralement transformés en molarité et vice versa sont ppm m/m et ppm m/V. Dans les deux cas, il s’agit d’une très petite unité de concentration, idéale pour exprimer la concentration de solutions très diluées.

Parties par million de masse/masse

Il existe deux manières différentes d’exprimer la formule de calcul des ppm. L’une est similaire à la formule de pourcentage mais multiplie par 10 ⁶ (un million) au lieu de 100, et l’autre intègre le facteur de 10 ⁶ dans une transformation unitaire :

Dans le premier cas, n’importe quelle unité de masse peut être utilisée pour le soluté et la solution, tant qu’ils sont identiques. Dans le second cas, la masse du soluté doit être exprimée en milligrammes si la quantité de solution est exprimée en kilogrammes. Pour convertir la molarité en ppm m/m, nous utiliserons la deuxième formule, car c’est la plus fréquemment utilisée.

Cette formule nous permet de comprendre ppm m/m comme les milligrammes de soluté présents pour chaque kilogramme de solution.

Parties par million masse/volume

Dans le cas des ppm m/V, ceux-ci sont calculés avec la formule suivante :

De ce fait, on dit généralement que ppm m/V représente les milligrammes de soluté présents par litre de solution.

Comment convertir la molarité en ppm ?

Bien sûr, la conversion de molarité en ppm dépend si vous voulez convertir en ppm m/V ou ppm m/m. En général, lorsque vous ne spécifiez pas de quel ppm il s’agit, il est assez sûr de supposer qu’il s’agit de ppm m/V, alors commençons par cette conversion.

Les conversions entre unités de concentration peuvent toujours s’effectuer de deux manières différentes, du fait qu’il s’agit d’une propriété intensive :

• En supposant n’importe quelle quantité de solution et en déterminant la quantité de soluté, puis en utilisant ces données dans la formule de la nouvelle unité de concentration, ou
• Combiner les deux formules pour obtenir une nouvelle formule qui donne une concentration basée sur l’autre.

Le premier est plus facile à comprendre tandis que le second est beaucoup plus facile et plus rapide à appliquer, une fois que vous avez la formule.

Formule pour convertir la molarité en parties par million m/V

Puisque nous voulons déterminer le ppm m/V, nous devons d’abord trouver la masse de soluté en milligrammes à partir de la molarité. Pour y parvenir, il suffit de dégager la masse de soluté de la formule de molarité :

Mais cette masse est en grammes, et nous en avons besoin en milligrammes, nous ajoutons donc le facteur de conversion approprié :

Maintenant, nous remplaçons cette expression dans la formule ppm m/V, et c’est tout :

Après annulation des volumes de la solution (tous deux en L), la formule reste :

Voyons les deux méthodes en action à titre d’exemples.

Exemple 1

Déterminer la concentration en ppm m/V d’une solution contenant des ions Pb ²⁺ à une concentration de 2,83.10 ^-5 molaire.

Solution : Si la concentration est de 2,83.10 ^-5 mol/L, cela signifie que dans 1L de solution, il y a 2,83.10 ^-5 mol d’ions Pb ²⁺ . La masse molaire du plomb est de 207,2 g/mol, donc la masse de plomb présent dans 1 L de solution est :

Maintenant, nous appliquons la formule ppm m/V, sachant que le volume de la solution est de 1 L (supposé) et la masse de soluté est de 5,86 mg (calculée à partir de la quantité supposée de solution) :

Exemple 2

Convertir une concentration de 0,145 mol/L d’ions sodium (Na ⁺ ) en parties par million m/V.

Solution : Dans ce cas, nous utiliserons la formule pour illustrer à quel point c’est simple. La seule chose qui nous manque est la masse molaire du sodium, qui est de 22,99 g/mol.

Formule pour convertir la molarité en parties par million m/m

Comme dans le cas précédent, cette conversion peut se faire de deux manières. Ensuite, la formule pour convertir la molarité en ppm m/m est dérivée.

Nous partirons de l’expression des milligrammes de soluté à partir de la molarité.

Le problème dans ce cas est que le ppm m/m est en termes de masse de la solution, et non de volume de la solution, comme cela apparaît dans cette formule. Pour cette raison, avant de substituer cette expression dans la formule ppm m/m, la densité de la solution doit être connue afin de convertir son volume en masse :

Le volume en molarité est en litres et nous nous intéressons à la masse de la solution en kilogrammes (car c’est comme ça dans la formule ppm m/m), donc la densité doit être en kg/L. Cependant, la plupart des densités sont rapportées en g/mL, donc un facteur de conversion doit également être inclus :

En combinant cette expression, celle de la masse du soluté en milligrammes et la formule du ppm m/m, et après annulation des masses de la solution, on obtient :

Exemple 3

Déterminer la concentration en milligrammes de soluté par kilogramme de solution pour une solution 0,050 molaire d’acide chlorhydrique, sachant que la solution a une densité de 1,025 g/mL.

Solution : dans ce cas, insérez simplement les données dans la formule pour convertir la molarité en parties par million, et vous avez terminé. La masse molaire de HCl est de 36,46 g/mol :

Les références

https://www.quimicas.net/2015/05/ejemplos-de-ppm-partes-por-millon.html