Jak przekonwertować molowość na części na milion lub ppm?

Stężenie jest jedną z najważniejszych cech określających skład roztworu. Jest to intensywna właściwość roztworów, która wskazuje na zależność między ilością substancji rozpuszczonej a ilością roztworu (w większości przypadków) lub ilością rozpuszczalnika (na przykład w przypadku molalności). Można to wyrazić w różnych jednostkach, w zależności od kontekstu, w jakim ma być używany, a także w zależności od tego, jak stężona lub rozcieńczona jest substancja rozpuszczona w rozpuszczalniku.

Z tych samych powodów, dla których nie wyrażalibyśmy rozmiaru komórki w kilometrach ani odległości od Ziemi do Marsa w nanometrach, musimy starannie wybrać jednostki stężenia, które są najbardziej odpowiednie w każdej sytuacji i dla każdego poziomu stężenia.

Ponadto stężenia można również wyrażać w jednostkach fizycznych, które opierają się na wielkościach, takich jak masy i objętości, lub w jednostkach chemicznych, w których ilości substancji rozpuszczonej i/lub rozpuszczalnika i/lub roztworu są wyrażane jako liczba cząstki, mole, równoważniki lub inne.

Niezależnie od powyższego rozwiązanie ma tylko jedno stężenie, a wiedza o tym, jak przekształcić to stężenie między różnymi istniejącymi jednostkami, jest podstawową umiejętnością każdego studenta chemii.

W tym artykule pokazujemy, jak przekształcić lub przeliczyć stężenie z molarności na części na milion lub ppm.

Co to jest molarność?

Molarność, reprezentowana przez symbol M, jest jedną z najczęściej używanych jednostek stężenia przez chemików. Jest to chemiczna jednostka stężenia, która wskazuje liczbę moli substancji rozpuszczonej w litrze roztworu. Matematycznie molarność jest określona następującym wzorem.

gdzie n _sto to liczba moli substancji rozpuszczonej, a V _sol to objętość roztworu wyrażona w litrach. Wykorzystując zależność między molami a masą, która wynosi n=m/MM, powyższy wzór można zapisać jako masę substancji rozpuszczonej w gramach i jej masę molową wg/mol.

gdzie m _to masa substancji rozpuszczonej w gramach, a MM _to masa molowa substancji rozpuszczonej wyrażona wg/mol.

Co to są części na milion?

W przeciwieństwie do molarności, części na milion odpowiadają fizycznej jednostce stężenia. Wskazuje to, ile „części” substancji rozpuszczonej przypada na każdy milion „części” roztworu. W tym sensie jest to koncepcja podobna do procentów, tylko w tym, że opiera się na milionie zamiast na 100 częściach roztworu.

Przez „części” substancji rozpuszczonej i roztworu rozumie się masę lub objętość, więc istnieją 3 rodzaje ppm, którymi są:

• Części na milion masa/masa lub ppm m/m
• Części na milion masy/objętości lub ppm m/V
• Części na milion objętość/objętość lub ppm V/V

Dwa najczęściej używane i te, które są zwykle przekształcane na molarność i odwrotnie, to ppm m/m i ppm m/V. W obu przypadkach jest to bardzo mała jednostka stężenia, idealna do wyrażania stężenia bardzo rozcieńczonych roztworów.

Części na milion masy/masy

Istnieją dwa różne sposoby wyrażania wzoru do obliczania ppm. Jeden jest podobny do formuły procentowej, ale mnoży się przez 10 ⁶ (jeden milion) zamiast 100, a drugi polega na całkowaniu współczynnika 10 ⁶ w przekształceniu jednostkowym:

W pierwszym przypadku dla substancji rozpuszczonej i roztworu można użyć dowolnej jednostki masy, o ile są one takie same. W drugim przypadku masę substancji rozpuszczonej należy wyrazić w miligramach, jeśli ilość roztworu wyrażona jest w kilogramach. Aby przeliczyć molarność na ppm m/m, użyjemy drugiego wzoru, ponieważ jest on najczęściej używany.

Ten wzór pozwala nam zrozumieć ppm m/m jako miligramy substancji rozpuszczonej obecnej w każdym kilogramie roztworu.

Części na milion masa/objętość

W przypadku ppm m/V są one obliczane według następującego wzoru:

Z tego powodu zwykle mówi się, że ppm m/V oznacza miligramy substancji rozpuszczonej obecnej w litrze roztworu.

Jak przekonwertować molowość na ppm?

Oczywiście konwersja z molarności na ppm zależy od tego, czy chcesz przeliczyć na ppm m/V czy ppm m/m. Ogólnie rzecz biorąc, jeśli nie określisz, jaki to jest ppm, można całkiem bezpiecznie założyć, że jest to ppm m/V, więc zacznijmy od tej konwersji.

Przeliczenia między jednostkami stężenia można zawsze przeprowadzić na dwa różne sposoby, z racji tego, że jest to właściwość intensywna:

• Zakładając dowolną ilość roztworu i określając ilość substancji rozpuszczonej, a następnie wykorzystując te dane we wzorze na nową jednostkę stężenia, lub
• Połączenie dwóch formuł w celu uzyskania nowej formuły, która daje stężenie oparte na drugiej.

Pierwszy jest łatwiejszy do zrozumienia, a drugi jest znacznie łatwiejszy i szybszy w zastosowaniu, gdy masz już formułę.

Wzór do przeliczenia z molowości na części na milion m/V

Ponieważ chcemy wyznaczyć ppm m/V, najpierw musimy znaleźć masę substancji rozpuszczonej w miligramach na podstawie molarności. Aby to osiągnąć, wystarczy usunąć masę substancji rozpuszczonej ze wzoru na molowość:

Ale ta masa jest w gramach, a potrzebujemy jej w miligramach, więc dodajemy odpowiedni współczynnik konwersji :

Teraz podstawiamy to wyrażenie do wzoru na ppm m/V i to wszystko:

Po anulowaniu objętości roztworu (oba w L) wzór pozostaje:

Zobaczmy obie metody w działaniu na przykładach.

Przykład 1

Określ stężenie w ppm m/V roztworu zawierającego jony Pb ²⁺ o stężeniu 2,83,10 ^-5 molowym.

Rozwiązanie: Jeżeli stężenie wynosi 2,83,10 ^-5 mol/L, oznacza to, że w 1 litrze roztworu znajduje się 2,83,10 ^-5 mol jonów Pb ²⁺ . Masa molowa ołowiu wynosi 207,2 g/mol, więc masa ołowiu w 1 litrze roztworu wynosi:

Teraz stosujemy wzór na ppm m/V, wiedząc, że objętość roztworu wynosi 1 l (założona), a masa substancji rozpuszczonej wynosi 5,86 mg (obliczona z przyjętej ilości roztworu):

Przykład 2

Przelicz stężenie jonów sodu (Na ⁺ ) wynoszące 0,145 mol/L na części na milion m/V.

Rozwiązanie: W tym przypadku użyjemy wzoru, aby zilustrować, jakie to proste. Brakuje nam tylko masy molowej sodu, która wynosi 22,99 g/mol.

Wzór do przeliczenia z molowości na części na milion m/m

Podobnie jak w poprzednim przypadku, konwersję tę można przeprowadzić na dwa sposoby. Następnie wyprowadzany jest wzór na konwersję molarności na ppm m/m.

Zaczniemy od wyrażenia miligramów substancji rozpuszczonej z molarności.

Problem w tym przypadku polega na tym, że ppm m/m odnosi się do masy roztworu, a nie do objętości roztworu, jak wynika z tego wzoru. Z tego powodu przed podstawieniem tego wyrażenia do wzoru na ppm m/m należy znać gęstość roztworu, aby przeliczyć jego objętość na masę:

Objętość w molach jest w litrach a nas interesuje masa roztworu w kilogramach (bo tak jest we wzorze na ppm m/m), więc gęstość powinna być w kg/L. Jednak większość gęstości jest podawana w g/ml, więc należy również uwzględnić współczynnik konwersji:

Łącząc to wyrażenie, wyrażające masę substancji rozpuszczonej w miligramach i wzór na ppm m/m, a po odjęciu mas roztworu, otrzymujemy:

Przykład 3

Określ stężenie w miligramach substancji rozpuszczonej na kilogram roztworu dla 0,050 molowego roztworu kwasu chlorowodorowego, wiedząc, że roztwór ma gęstość 1,025 g/ml.

Rozwiązanie: W takim przypadku po prostu podłącz dane do wzoru, aby przeliczyć molarność na części na milion i gotowe. Masa molowa HCl wynosi 36,46 g/mol:

Bibliografia

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