Escrito por: Mateus Cavassin.
O que são unidades de concentração?
Imagine um mundo em que não existissem os números e unidades ou que estas fossem mal definidas, como poderíamos prever qual o comportamento da natureza sobre certo evento? Impossível, não é mesmo? Pois bem, as unidades de concentrações surgiram justamente com o propósito de facilitar a comunicação entre os cientistas nesse sentindo.
Suponha que você descobriu que certo sal se comporta de certo modo quando uma colher deste é dissolvido em 3 litros de água. Porém, esta “colher” é relativa e não temos como mensurar o quanto ela comporta de forma tão prática. Deste modo, definimos unidade de concentração como a concentração de certa espécie chamada soluto (de menor concentração) em um determinado solvente (de maior concentração).
Dada esta introdução, mostrarei abaixo as unidades de concentração mais importantes para o ocidente do mundo (digo ocidente pois países orientais, como a China, utilizam algumas unidades de concentração que não são tão utilizadas pelo resto do mundo).
Concentração comum (C)
A concentração comum é definida como a quantidade de soluto, em massa, pela quantidade de solução em volume. Algumas unidades comuns são $$mg/L$$, $$g/L$$ e $$g/m^3$$.
A definição matematicamente dada:
\begin{equation*}
C=\frac{m_1}{V}\end{equation*}
Onde:
$$m_1\rightarrow$$ massa de soluto;
$$V\rightarrow$$ volume de solução;
$$C\rightarrow$$ concentração comum.
Concentração molar (ℳ)
A concentração molar, molaridade ou concentração em quantidade de matéria é definida como a razão da quantidade de soluto, em mol, pela quantidade de solução em volume. Deste modo a unidade dela é $$mol/L$$
A definição matematicamente dada:
ℳ$$=\frac{n_1}{V}$$
Onde:
$$n_1\rightarrow$$ mols de soluto na solução;
$$V\rightarrow$$ volume de solução;
ℳ $$\rightarrow$$ molaridade.
Porcentagem em massa ou título (?)
O título em massa é outra forma de nos referirmos à concentração, porém, agora, o soluto e a solução estarão sendo representados nas mesmas unidades. Aqui, há algumas diferentes formas de representarmos a concentração, que são elas:
a) Parte por milhão (ppm): se refere à quantidade de soluto em miligramas pela quantidade de solução em quilogramas.
Matematicamente:
\begin{equation*}
C_{ppm}=\frac{m_1 (em \space mg)}{m (em \space kg)}\end{equation*}
Onde:
$$m_1\rightarrow$$ massa de soluto;
$$m\rightarrow$$ massa de solução;
$$C_{ppm} \rightarrow$$ título em ppm.
b) Parte por bilhão (ppb): se refere à quantidade de soluto em microgramas pela quantidade de solução em quilogramas.
Matematicamente:
\begin{equation*}
C_{ppb}=\frac{m_1 (em \space μg)}{m (em \space kg)}\end{equation*}
Onde:
$$m_1\rightarrow$$ massa de soluto;
$$m\rightarrow$$ massa de solução;
$$C_{ppb} \rightarrow$$ título em ppm.
c) Porcentagem massa-massa (?): se refere à quantidade de soluto em miligramas a cada 100 gramas de solução.
Matematicamente:
?=$$\frac{m_1 (em \space mg)}{m (em \space mg)}.100$$ %
Onde:
$$m_1\rightarrow$$ massa de soluto;
$$m\rightarrow$$ massa de solução;
? $$\rightarrow$$ título em $$(m/m) \%$$.
Título em volume (?)
Basicamente, o título em volume é igual ao título em massa como anteriormente mostrado e apresenta, de forma análoga, todas as mesmas unidade de concentração. Esta forma é particularmente útil para o caso em que se trata de uma solução de dois líquidos.
NOTE: Para unidades de concentração em ppm e em ppb, deve-se ter em mente que as unidades da razão devem ser arranjadas de tal modo que essas razões deem $$10^6$$ e $$10^9$$, respectivamente.
Título em massa-volume (?)
Outra forma de expressarmos a concentração é através da razão massa do soluto por volume da solução em porcentagem. Para isso, basta dividir a massa do soluto em mg pelo volume da solução em L e obtêm-se o ? em porcentagem $$(massa/volume)$$ escrito na forma $$\% (m/v)$$ ou $$\% (p/v)$$.
Molalidade (W)
A unidade de concentração molalidade estabelece uma relação entre a quantidade, em matéria, de soluto por massa de solvente em quilogramas.
Matematicamente:
W=$$\frac{n_1 }{m_2 ( em \space kg)}$$
Onde:
$$n_1\rightarrow$$ número de mols de soluto;
$$m_2\rightarrow$$ massa de solvente;
W $$\rightarrow$$ molalidade.
Essa unidade de concentração é bastante importante nos estudos de propriedades coligativas. Para entender sua aplicação melhor, veja o curso NOIC de ebulioscopia e crioscopia.
Uma ideia bastante interessante para essa unidade de concentração é que, em soluções muito diluídas, a molalidade tende à molaridade, pois, nesses casos, a massa de água é muito superior a de soluto de modo que o volume, em litros de água, será numericamente igual a massa em quilogramas de água, ou seja, a densidade tende a $$ 1 kg/L$$.
Concentração em volumes
A concentração em volumes é utilizada para expressar a concentração de peróxido de hidrogênio em uma solução aquosa. Para expressa-la devemos utilizar a reação de decomposição do peróxido de hidrogênio:
$$H_2O_{2(aq)} \rightarrow H_2O_{(l)}+1/2O_{2(g)}$$
Deste modo, a concentração em volumes é definida como o volume de $$O_2$$, em litros, liberada na decomposição de toda a quantidade de $$H_2O_2$$ contida em 1 litros de solução.
Fração molar
Por último mas não menos importante, temos a fração molar. A fração molar é simplesmente definida como o número de mols de soluto ou solvente pelo número de mols total da solução.
Matematicamente:
$$x_1$$=$$\frac{n_1 }{n_2 + n_1}$$
Onde:
$$n_1\rightarrow$$ número de mols de 1;
$$n_2\rightarrow$$ número de mols na solução;
$$x_1 \rightarrow$$ fração molar de 1.