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La concentrazione percentuale in volume , chiamata anche percentuale volume/volume o %V/V, è un’unità fisica di concentrazione che indica quante parti per volume di soluto sono presenti in 100 parti o unità di volume di soluzione. A seconda delle unità, questo può essere interpretato in modi diversi. Ad esempio, e tra gli altri:
- I millilitri di soluto che ci sono per 100 millilitri di soluzione.
- I litri di soluto che ci sono per 100 litri di soluzione.
- I centimetri cubi o cc di soluto che sono in 100 cc di soluzione.
La concentrazione percentuale in volume è considerata un’unità fisica di concentrazione, poiché indica il rapporto tra soluto e soluzione in volume, che è un’unità fisica, al contrario di moli o numero di equivalenti, che sono unità chimiche. Per questo motivo, due soluzioni con la stessa concentrazione in %V/V non avranno necessariamente la stessa quantità di sostanza (ovvero moli di soluto) per unità di soluzione, quindi la %V/V non può essere utilizzata come sostituto nei calcoli stechiometrici diretto, cosa che si può fare con le unità di concentrazione chimica.
Quando utilizzare la concentrazione percentuale in volume
La concentrazione percentuale in volume è un’unità di concentrazione il cui uso è limitato a soluzioni che coinvolgono solo liquidi, come l’etanolo nell’acqua o l’ottano nel cicloesano, per citarne solo due.
Di solito non vengono utilizzati per soluzioni di soluti solidi in liquidi a causa dell’ambiguità di parlare del “volume” di una sostanza solida composta da milioni di piccoli cristalli di dimensioni diverse. Il fatto che questa dimensione possa influenzare notevolmente la compattezza del solido rende poco pratica la misurazione del suo volume.
Se invece utilizzato con soluti e solventi liquidi, dato che tutte le grandezze necessarie al loro calcolo sono espresse in volume, molto facilmente misurabile in laboratorio, la percentuale V/V è una delle le unità di concentrazione più facili con cui lavorare a livello pratico e viene utilizzato quando possibile. A titolo di esempio, la maggior parte delle soluzioni liquide commerciali come il perossido di idrogeno, l’alcool antisettico e le bevande alcoliche esprimono la loro concentrazione come percentuale V/V.
Formule per il calcolo della concentrazione percentuale in volume o della percentuale V/V
La formula principale per determinare la percentuale V/V di una soluzione è la seguente:
Quando si utilizza questa equazione, non ci sono restrizioni sulle unità in cui devono essere espressi i volumi, a parte la condizione che entrambi siano espressi nella stessa unità. Cioè, se il soluto è espresso in mL, anche il volume della soluzione deve essere espresso nelle stesse unità di volume.
Calcolo della concentrazione percentuale in volume dalla massa del soluto
A volte si conosce la massa del soluto e non il suo volume, nonostante sia un soluto liquido. Se questo è il caso, possiamo ancora calcolare la percentuale volume/volume molto semplicemente, dividendo per la densità del soluto, poiché V=m/d. Combinando questa espressione con la precedente si ottiene la seguente formula:
Come calcolare la concentrazione percentuale del volume da altre unità di concentrazione
È comune conoscere la concentrazione di una soluzione in un’unità, ma è necessaria in un’altra. Per questo motivo, in questa sezione vengono presentati alcuni casi comuni di conversione delle unità di concentrazione per ottenere la percentuale V/V.
Concentrazione percentuale in volume (%V/V) da concentrazione percentuale in massa/volume (%m/V)
La formula per convertire %m/V in %V/V è la seguente:
Vale la pena ricordare che quando si utilizza questa formula, vengono stabilite alcune restrizioni in termini di unità. La percentuale m/V è quasi sempre espressa in grammi di soluto per 100 mL di soluzione, quindi la densità in unità di g/mL deve essere utilizzata per garantire la coerenza delle unità.
Concentrazione percentuale in volume (%V/V) da concentrazione percentuale in massa (%m/m)
La formula per convertire %m/m in %V/V è la seguente:
In questo caso, l’unica restrizione relativa alle unità è che entrambe le densità sono nelle stesse unità.
Concentrazione percentuale in volume (%V/V) dalla concentrazione molare
Pur non essendo una delle conversioni di concentrazione più comuni, la molarità di una soluzione può essere trasformata in una percentuale di volume mediante la seguente equazione:
Le unità della densità del soluto devono essere g/mL.
Esempi di calcolo della concentrazione percentuale del volume
Esempio 1
Determinare la concentrazione percentuale in volume di una soluzione preparata mescolando 100 mL di alcol assoluto con 400 mL di acqua pura. Considera i volumi additivi.
SOLUZIONE:
Per calcolare la percentuale volume/volume, hai solo bisogno del volume del soluto e del volume della soluzione. Tuttavia, in questo caso abbiamo solo quella del soluto e quella del solvente. Poiché l’affermazione dice che i volumi sono considerati additivi, allora possiamo ottenere il volume totale della soluzione sommando i volumi del soluto e del solvente, cioè:
Ora che abbiamo tutto ciò di cui abbiamo bisogno, applichiamo l’equazione 1:
Pertanto, la soluzione avrà una concentrazione percentuale in volume del 20%.
Esempio 2
Determinare la concentrazione percentuale in volume di una soluzione preparata miscelando 100 mL di perossido di idrogeno al 30% in volume con 100 mL di perossido di idrogeno al 10% in volume. Considera i volumi additivi.
SOLUZIONE:
In questo caso dobbiamo nuovamente sommare i volumi per ottenere il volume totale della soluzione, ma ci manca il volume del soluto. Poiché si stanno mescolando due soluzioni, il soluto nella miscela sarà la somma di quello presente in ciascuna delle soluzioni iniziali. Inoltre, poiché i volumi di queste due soluzioni sono di 100 ml ciascuno, il volume di soluto in ciascuna soluzione sarà numericamente uguale alla sua percentuale V/V:
Infine, applichiamo la formula percentuale volume/volume e il gioco è fatto:
Cioè, la concentrazione della miscela finale sarà del 20% in volume di perossido di idrogeno.
