Cum se transformă de la molaritate la părți pe milion sau ppm?

Concentrația este una dintre cele mai importante caracteristici care definește compoziția unei soluții. Aceasta este o proprietate intensivă a soluțiilor care indică relația dintre cantitatea de solut și fie cantitatea de soluție (în cele mai multe cazuri), fie cantitatea de solvent (în cazul molalității, de exemplu). Aceasta poate fi exprimată în diferite unități, în funcție de contextul în care urmează să fie utilizat și, de asemenea, în funcție de cât de concentrat sau diluat se găsește solutul în solvent.

Din aceleași motive pentru care nu am exprima dimensiunea unei celule în kilometri sau distanța de la Pământ la planeta Marte în nanometri, trebuie să selectăm cu atenție care unități de concentrație sunt cele mai potrivite în fiecare situație și pentru fiecare nivel de concentrație.

În plus, concentrațiile pot fi exprimate și în unități fizice, care se bazează pe mărimi precum mase și volume, sau în unități chimice, în care cantitățile de solut și/sau solvent și/sau soluție sunt exprimate în termeni de număr de particule, moli, echivalenți sau altele.

Indiferent de cele de mai sus, o soluție are doar o singură concentrație, iar a ști să transforme acea concentrație între diferitele unități existente este o abilitate de bază pentru orice student la chimie.

În acest articol, vă arătăm cum să transformați sau să convertiți concentrația din molaritate în părți pe milion sau ppm.

Ce este molaritatea?

Molaritatea, reprezentată de simbolul M, este una dintre cele mai utilizate unități de concentrare de către chimiști. Este o unitate chimică de concentrație care indică numărul de moli de dizolvat prezenți pe litru de soluție. Din punct de vedere matematic, molaritatea este dată de următoarea formulă.

unde n _sto este numărul de moli de solut și V _sol este volumul soluției exprimat în litri. Folosind relația dintre moli și masă, care este n=m/MM, formula de mai sus poate fi scrisă în termeni de masă de substanță dizolvată în grame și masa sa molară în g/mol.

unde m _aceasta este masa substanței dizolvate în grame și MM _aceasta este masa molară a substanței dizolvate exprimată în g/mol.

Care sunt părțile pe milion?

Spre deosebire de molaritate, părți pe milion corespund unei unități fizice de concentrație. Aceasta indică câte „părți” de solut există pentru fiecare milion de „părți” de soluție. În acest sens, este un concept asemănător cu procentele, doar prin aceea că se bazează pe un milion în loc de 100 de părți de soluție.

Prin „părți” de solut și soluție, se înțelege fie masa, fie volumul, deci există 3 tipuri de ppm, care sunt:

• Părți pe milion masă/masă sau ppm m/m
• Părți pe milion de masă/volum sau ppm m/V
• Părți pe milion volum/volum sau ppm V/V

Cele două cele mai frecvent utilizate și cele care sunt de obicei transformate în molaritate și invers sunt ppm m/m și ppm m/V. În ambele cazuri, este o unitate de concentrație foarte mică, ideală pentru exprimarea concentrației soluțiilor foarte diluate.

Părți pe milion masă/masă

Există două moduri diferite de a exprima formula pentru calcularea ppm. Una este similară cu formula procentului, dar se înmulțește cu 10 ⁶ (un milion) în loc de 100, iar cealaltă este integrarea factorului 10 ⁶ într-o transformare de unitate:

În primul caz, orice unitate de masă poate fi utilizată pentru dizolvat și soluție, atâta timp cât sunt aceleași. În al doilea caz, masa substanței dizolvate trebuie exprimată în miligrame dacă cantitatea de soluție este exprimată în kilograme. Pentru a converti molaritatea în ppm m/m vom folosi a doua formulă, deoarece este cea mai frecvent utilizată.

Această formulă ne permite să înțelegem ppm m/m ca miligramele de dizolvat prezente pentru fiecare kilogram de soluție.

Părți pe milion masă/volum

În cazul ppm m/V, acestea se calculează cu următoarea formulă:

În virtutea acestui fapt, se spune de obicei că ppm m/V reprezintă miligramele de dizolvat prezente pe litru de soluție.

Cum se transformă de la molaritate la ppm?

Desigur, conversia de la molaritate la ppm depinde dacă doriți să convertiți în ppm m/V sau ppm m/m. În general, când nu specificați ce ppm este, este destul de sigur să presupunem că este ppm m/V, așa că să începem cu această conversie.

Conversiile între unitățile de concentrare pot fi întotdeauna efectuate în două moduri diferite, în virtutea faptului că este o proprietate intensivă:

• Presupunând orice cantitate de soluție și determinând cantitatea de dizolvat și apoi folosind aceste date în formula pentru noua unitate de concentrație, sau
• Combinând cele două formule pentru a obține o nouă formulă care oferă o concentrație bazată pe cealaltă.

Primul este mai ușor de înțeles în timp ce al doilea este mult mai ușor și mai rapid de aplicat, odată ce ai formula.

Formula de conversie de la molaritate la părți pe milion m/V

Deoarece dorim să determinăm ppm m/V, mai întâi trebuie să găsim masa de dizolvat în miligrame din molaritate. Pentru a realiza acest lucru, este suficient să curățați masa de dizolvat din formula molarității:

Dar această masă este în grame și avem nevoie de ea în miligrame, așa că adăugăm factorul de conversie corespunzător :

Acum înlocuim această expresie în formula ppm m/V și asta este:

După anularea volumelor soluției (ambele în L), formula rămâne:

Să vedem ambele metode în acțiune prin intermediul exemplelor.

Exemplul 1

Determinați concentrația în ppm m/V a unei soluții care conține ioni de Pb ²⁺ la o concentrație de 2,83,10 ^-5 molar.

Rezolvare: Dacă concentrația este de 2,83,10 ^-5 mol/L, aceasta înseamnă că în 1 L de soluție există 2,83,10 ^-5 mol de ioni de Pb ²⁺ . Masa molară a plumbului este de 207,2 g/mol, deci masa plumbului prezentă în 1 L de soluție este:

Acum, aplicăm formula ppm m/V, știind că volumul soluției este de 1 L (presupus) și masa de soluție este de 5,86 mg (calculată din cantitatea presupusă de soluție):

Exemplul 2

Convertiți o concentrație de 0,145 mol/L de ioni de sodiu (Na ⁺ ) în părți per milion m/V.

Soluție: În acest caz vom folosi formula pentru a ilustra cât de simplă este. Singurul lucru care ne lipsește este masa molară a sodiului, care este de 22,99 g/mol.

Formula de conversie de la molaritate la părți pe milion m/m

Ca și în cazul precedent, această conversie se poate face în două moduri. În continuare, este derivată formula pentru a converti molaritatea în ppm m/m.

Vom începe de la exprimarea miligramelor de dizolvat din molaritate.

Problema în acest caz este că ppm m/m este în termeni de masă a soluției, și nu de volumul soluției, așa cum apare în această formulă. Din acest motiv, înainte de a înlocui această expresie în formula ppm m/m, trebuie cunoscută densitatea soluției pentru a-și converti volumul în masă:

Volumul în molaritate este în litri și ne interesează masa soluției în kilograme (pentru că așa este în formula ppm m/m), deci densitatea ar trebui să fie în kg/L. Cu toate acestea, cele mai multe densități sunt raportate în g/mL, așa că trebuie inclus și un factor de conversie:

Combinând această expresie, cea a masei solutului în miligrame și formula ppm m/m, și după anularea maselor soluției, obținem:

Exemplul 3

Determinați concentrația în miligrame de substanță dizolvată per kilogram de soluție pentru o soluție molară de acid clorhidric 0,050, știind că soluția are o densitate de 1,025 g/mL.

Soluție: În acest caz, introduceți doar datele în formulă pentru a converti molaritatea în părți pe milion și ați terminat. Masa molară a HCl este de 36,46 g/mol:

Referințe

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