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La concentrazione è una delle caratteristiche più importanti che definisce la composizione di una soluzione. Questa è una proprietà intensiva delle soluzioni che indica la relazione tra la quantità di soluto e la quantità di soluzione (nella maggior parte dei casi) o la quantità di solvente (nel caso della molalità, per esempio). Questo può essere espresso in diverse unità, a seconda del contesto in cui verrà utilizzato, e anche a seconda di quanto concentrato o diluito si trova il soluto nel solvente.
Per le stesse ragioni per cui non esprimeremmo la dimensione di una cella in chilometri o la distanza dalla Terra al pianeta Marte in nanometri, dobbiamo selezionare attentamente quali unità di concentrazione sono più appropriate in ogni situazione e per ogni livello di concentrazione.
Inoltre, le concentrazioni possono anche essere espresse in unità fisiche, che si basano su grandezze quali masse e volumi, o in unità chimiche, in cui le quantità di soluto e/o solvente e/o soluzione sono espresse in termini di numero di particelle, moli, equivalenti o altro.
Indipendentemente da quanto sopra, una soluzione ha solo un’unica concentrazione e sapere come trasformare quella concentrazione tra le diverse unità esistenti è un’abilità di base per qualsiasi studente di chimica.
In questo articolo, mostriamo come trasformare o convertire la concentrazione dalla molarità in parti per milione o ppm.
Cos’è la molarità?
La molarità, rappresentata dal simbolo M, è una delle unità di concentrazione più utilizzate dai chimici. È un’unità chimica di concentrazione che indica il numero di moli di soluto presenti per litro di soluzione. Matematicamente, la molarità è data dalla seguente formula.
dove n sto è il numero di moli di soluto e V sol è il volume della soluzione espresso in litri. Usando la relazione tra moli e massa, che è n=m/MM, la formula sopra può essere scritta in termini di massa di soluto in grammi e sua massa molare in g/mol.
dove m è la massa del soluto in grammi e MM è la massa molare del soluto espressa in g/mol.
Cosa sono le parti per milione?
A differenza della molarità, le parti per milione corrispondono a un’unità fisica di concentrazione. Questo indica quante “parti” di soluto ci sono per ogni milione di “parti” della soluzione. In questo senso è un concetto simile alle percentuali, solo che si basa su un milione anziché su 100 parti di soluzione.
Per “parti” di soluto e soluzione si intende o la massa o il volume, quindi esistono 3 tipi di ppm, che sono:
- Parti per milione di massa/massa o ppm m/m
- Parti per milione di massa/volume o ppm m/V
- Parti per milione volume/volume o ppm V/V
I due più usati e quelli che solitamente vengono trasformati in molarità e viceversa sono ppm m/m e ppm m/V. In entrambi i casi si tratta di un’unità di concentrazione molto piccola, ideale per esprimere la concentrazione di soluzioni molto diluite.
Parti per milione di massa/massa
Esistono due modi diversi per esprimere la formula per il calcolo dei ppm. Una è simile alla formula percentuale ma moltiplicata per 10 6 (un milione) invece di 100, e l’altra integra il fattore 10 6 in una trasformazione unitaria:
Nel primo caso, qualsiasi unità di massa può essere utilizzata per il soluto e la soluzione, purché coincidano. Nel secondo caso la massa del soluto deve essere espressa in milligrammi se la quantità di soluzione è espressa in chilogrammi. Per convertire la molarità in ppm m/m useremo la seconda formula, poiché è la più utilizzata.
Questa formula ci permette di intendere ppm m/m come i milligrammi di soluto presenti per ogni chilogrammo di soluzione.
Parti per milione di massa/volume
Nel caso di ppm m/V, questi si calcolano con la seguente formula:
In virtù di ciò si dice solitamente che ppm m/V rappresenta i milligrammi di soluto presenti per litro di soluzione.
Come si converte da molarità a ppm?
Naturalmente, la conversione da molarità a ppm dipende dal fatto che tu voglia convertire in ppm m/V o ppm m/m. In generale, quando non specifichi di quale ppm si tratta, è abbastanza sicuro presumere che sia ppm m/V, quindi iniziamo con questa conversione.
Le conversioni tra unità di concentrazione possono sempre essere effettuate in due modi diversi, in virtù del fatto che si tratta di una proprietà intensiva:
- Assumendo qualsiasi quantità di soluzione e determinando la quantità di soluto e quindi utilizzando questi dati nella formula per la nuova unità di concentrazione, o
- Combinando le due formule per ottenere una nuova formula che dà una concentrazione basata sull’altra.
Il primo è più facile da capire mentre il secondo è molto più facile e veloce da applicare, una volta che hai la formula.
Formula per convertire la molarità in parti per milione m/V
Poiché vogliamo determinare ppm m/V, dobbiamo prima trovare la massa di soluto in milligrammi dalla molarità. Per ottenere ciò, è sufficiente cancellare la massa di soluto dalla formula di molarità:
Ma questa massa è in grammi, e ne abbiamo bisogno in milligrammi, quindi aggiungiamo il fattore di conversione appropriato :
Ora sostituiamo questa espressione nella formula ppm m/V, e il gioco è fatto:
Dopo aver annullato i volumi della soluzione (entrambi in L), la formula rimane:
Vediamo entrambi i metodi in azione tramite esempi.
Esempio 1
Determinare la concentrazione in ppm m/V di una soluzione contenente ioni Pb 2+ ad una concentrazione di 2.83.10 -5 molare.
Soluzione: Se la concentrazione è 2,83.10 -5 mol/L, significa che in 1L di soluzione ci sono 2,83.10 -5 mol di ioni Pb 2+ . La massa molare del piombo è 207,2 g/mol, quindi la massa di piombo presente in 1 L di soluzione è:
Ora applichiamo la formula ppm m/V, sapendo che il volume della soluzione è 1 L (presunto) e la massa del soluto è 5,86 mg (calcolata dalla quantità presunta di soluzione):
Esempio 2
Converti una concentrazione di 0,145 mol/L di ioni sodio (Na + ) in parti per milione m/V.
Soluzione: In questo caso useremo la formula per illustrare quanto sia semplice. L’unica cosa che ci manca è la massa molare del sodio, che è 22,99 g/mol.
Formula per convertire la molarità in parti per milione m/m
Come nel caso precedente, questa conversione può essere effettuata in due modi. Successivamente, viene derivata la formula per convertire la molarità in ppm m/m.
Inizieremo dall’espressione dei milligrammi di soluto dalla molarità.
Il problema in questo caso è che il ppm m/m è in termini di massa della soluzione, e non di volume della soluzione, come appare in questa formula. Per questo motivo, prima di sostituire questa espressione nella formula ppm m/m, occorre conoscere la densità della soluzione per poter convertire il suo volume in massa:
Il volume in molarità è in litri e siamo interessati alla massa della soluzione in chilogrammi (perché è così nella formula ppm m/m), quindi la densità dovrebbe essere in kg/L. Tuttavia, la maggior parte delle densità sono riportate in g/mL, quindi è necessario includere anche un fattore di conversione:
Combinando questa espressione, quella della massa del soluto in milligrammi e la formula dei ppm m/m, e dopo aver annullato le masse della soluzione, si ottiene:
Esempio 3
Determina la concentrazione in milligrammi di soluto per chilogrammo di soluzione per una soluzione 0,050 molare di acido cloridrico, sapendo che la soluzione ha una densità di 1,025 g/mL.
Soluzione: in questo caso, basta inserire i dati nella formula per convertire la molarità in parti per milione e il gioco è fatto. La massa molare di HCl è 36,46 g/mol:
Riferimenti
https://www.quimicas.net/2015/05/ejemplos-de-ppm-partes-por-millon.html
