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濃度は、溶液の組成を定義する最も重要な特性の 1 つです。これは、溶質の量と、溶液の量 (ほとんどの場合) または溶媒の量 (たとえば、モル濃度の場合) との関係を示す溶液の強力な特性です。これは、使用されるコンテキストに応じて、また溶質が溶媒でどの程度濃縮または希釈されているかに応じて、さまざまな単位で表すことができます。
細胞のサイズをキロメートルで表現したり、地球から火星までの距離をナノメートルで表現したりしないのと同じ理由で、各状況および各濃度レベルで最も適切な濃度単位を慎重に選択する必要があります。
さらに、濃度は、質量や体積などの大きさに基づく物理単位、または溶質および/または溶媒および/または溶液の量を数で表す化学単位で表すこともできます。粒子、モル、等価物またはその他。
上記に関係なく、溶液には単一の濃度しかありません。その濃度を既存のさまざまな単位間で変換する方法を知ることは、化学の学生にとって基本的なスキルです。
この記事では、濃度をモル濃度から ppm または ppm に変換または変換する方法を示します。
モル濃度とは何ですか？
記号 M で表されるモル濃度は、化学者によって最も広く使用されている濃度の単位の 1 つです。これは、溶液 1 リットルあたりに存在する溶質のモル数を示す濃度の化学単位です。数学的には、モル濃度は次の式で与えられます。
ここで、n stoは溶質のモル数、V solはリットルで表される溶液の体積です。モルと質量の関係 (n=m/MM) を使用すると、上記の式は溶質の質量 (グラム) とそのモル質量 (g/mol) で表すことができます。
ここで、mは溶質のグラム単位の質量、MMはg/mol で表される溶質のモル質量です。
100 万分の 1 とは何ですか?
モル濃度とは異なり、ppm は濃度の物理単位に対応します。これは、溶液の 100 万 “部” ごとに溶質の “部” がいくつあるかを示します。この意味で、これはパーセンテージと同様の概念ですが、100 分の 1 ではなく 100 万分の 1 の溶液に基づいているという点で異なります。
溶質と溶液の「部」によって、質量または体積のいずれかが理解されるため、次の 3 種類の ppm があります。
- 100 万分の 1 質量/質量または ppm m/m
- 100 万分の 1 質量/体積または ppm m/V
- 100 万分の 1 ボリューム/ボリュームまたは ppm V/V
最も一般的に使用される 2 つと、通常モル濃度に変換されるもの、およびモル濃度からモル濃度に変換されるものは、ppm m/m と ppm m/V です。どちらの場合も、濃度の非常に小さな単位であり、非常に希薄な溶液の濃度を表すのに理想的です。
100 万分の 1 質量/質量
ppm を計算するための式を表現するには、2 つの異なる方法があります。1 つはパーセント式に似ていますが、100 の代わりに 10 6 (100 万) を掛けています。もう 1 つは、10 6の係数を単位変換に統合しています。
最初のケースでは、溶質と溶液が同じである限り、任意の質量単位を使用できます。2 番目のケースでは、溶液の量がキログラムで表される場合、溶質の質量はミリグラムで表されなければなりません。モル濃度を ppm m/m に変換するには、最も頻繁に使用される 2 番目の式を使用します。
この式により、溶液 1 キログラムあたりに存在する溶質のミリグラムとして ppm m/m を理解することができます。
100 万分の 1 の質量/体積
ppm m/V の場合、これらは次の式で計算されます。
このため、通常、ppm m/V は、溶液 1 リットルあたりに存在する溶質のミリグラムを表すと言われています。
モル濃度からppmへの換算方法を教えてください。
もちろん、モル濃度から ppm への変換は、ppm m/V または ppm m/m のどちらに変換するかによって異なります。一般に、どの ppm であるかを指定しない場合は、ppm m/V であると想定するのがかなり安全なので、この換算から始めましょう。
濃度の単位間の変換は、それが集中的なプロパティであるという事実により、常に 2 つの異なる方法で実行できます。
- 任意の量の溶液を仮定して溶質の量を決定し、このデータを新しい濃度単位の式に使用する、または
- 2 つの式を組み合わせて、他の式に基づく濃度を与える新しい式を取得します。
公式を理解すれば、前者の方が理解しやすく、後者の方がはるかに簡単かつ迅速に適用できます。
モル濃度から ppm に変換する式 m/V
ppm m/V を求めたいので、まずモル濃度からミリグラム単位で溶質の質量を求める必要があります。これを達成するには、モル濃度式から溶質の質量をクリアするだけで十分です。
しかし、この質量はグラム単位であり、ミリグラム単位で必要なので、適切な変換係数を追加します :
ここで、この式を ppm m/V 式に置き換えます。それだけです。
ソリューションのボリューム (両方とも L) をキャンセルした後、式は残ります。
例として、実際の両方の方法を見てみましょう。
例 1
2.83.10 -5モルの濃度でPb 2+イオンを含む溶液の濃度を ppm m/V で決定します。
溶液:濃度が 2,83.10 -5 mol/L の場合、これは溶液 1L 中に 2,83.10 -5 mol の Pb 2+イオンがあることを意味します。鉛のモル質量は 207.2 g/mol であるため、1 L の溶液に含まれる鉛の質量は次のようになります。
ここで、溶液の体積が 1 L (仮定) であり、溶質の質量が 5.86 mg (溶液の仮定量から計算) であることを知って、ppm m/V 式を適用します。
例 2
0.145 mol/L のナトリウム イオン (Na + ) の濃度を ppm m/V に変換します。
解決策:この場合、数式を使用して、それがいかに単純であるかを示します。唯一欠けているのは、ナトリウムのモル質量で、22.99 g/mol です。
モル濃度から ppm に変換する式 m/m
前のケースと同様に、この変換は 2 つの方法で行うことができます。次に、モル濃度を ppm m/m に変換する式が導き出されます。
モル濃度からの溶質のミリグラムの表現から始めます。
この場合の問題は、この式に示されているように、ppm m/m が溶液の体積ではなく、溶液の質量に関するものであることです。このため、この式を ppm m/m 式に代入する前に、体積を質量に変換するために溶液の密度を知る必要があります。
モル濃度の体積はリットル単位であり、キログラム単位の溶液の質量に関心があるため (ppm m/m 式ではこのようになっているため)、密度は kg/L である必要があります。ただし、ほとんどの密度は g/mL で報告されるため、換算係数も含める必要があります。
この式、ミリグラム単位の溶質の質量の式、および ppm m/m の式を組み合わせて、溶液の質量をキャンセルした後、次の式を取得します。
例 3
溶液の密度が 1.025 g/mL であることがわかっている場合、塩酸の 0.050 モル溶液の溶液 1 キログラムあたりの溶質のミリグラム単位の濃度を決定します。
解決策:この場合、モル濃度を 100 万分の 1 に変換する式にデータを挿入するだけで完了です。HCl のモル質量は 36.46 g/mol です。
参考文献
https://www.quimicas.net/2015/05/ejemplos-de-ppm-partes-por-millon.html
