Medidas de Concentração - Curso NOIC Química

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 (𝜏)

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 (𝜏): se refere à quantidade de soluto em miligramas a cada 100 gramas de solução.

Matematicamente:

                                                                                        𝜏=$\frac{m_1 (em \space mg)}{m (em \space mg)}.100$   %

Onde:

                    $m_1\rightarrow$ massa de soluto;

                    $m\rightarrow$ massa de solução;

  𝜏 $\rightarrow$ título em $(m/m) \%$.

Título em volume (𝜏)

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 (𝜏)

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 𝜏 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.