Tipos de Concentração | fórmula de concentração química

Existem diversas formas para expressar a concentração de uma solução, tanto qualitativamente quanto quantitativamente.

Os termos “diluída” e “concentrada” são formas qualitativas para descrever uma solução.

Dentre as formas quantitativas, as principais são:

• concentração comum;
• concentração em quantidade de matéria (molaridade);
• molalidade;
• densidade;
• título;
• porcentagem em massa e ppm.

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A concentração comum (C), também chamada de concentração em grama por litro, é simplesmente a razão entre a massa do soluto (em gramas) pelo volume da solução (em litros). Matematicamente, temos:

$$C=\frac{m1}{V}$$

onde:

C = concentração comum (g/L)

m₁ = massa de soluto (g)

V = volume da solução (L)

Por exemplo, em uma concentração de NaOH_(aq) igual a 10 g/L, temos 10 g de NaOH dissolvidos em 1 L de solução.

A concentração em quantidade de matéria (M), também chamada de concentração em mol por litro, concentração molar ou molaridade, é simplesmente a razão.

$$M=\frac{n_1}{V}$$

$$ou$$

$$M=\frac{m_1}{MM_1 x V}$$

onde:

M = concentração em quantidade de matéria (mol/L ou molar ou M)

n₁ = quantidade de mol ou número de mol de soluto (mol)

V = volume da solução (L)

m₁ = massa de soluto (g)

MM₁ = massa molar do soluto (g/mol)

Por exemplo, em cada 0,10 L de suco gástrico produzido pelo estômago durante o processo de digestão, existem 0,0010 mol de ácido clorídrico (HCl). A molaridade desta solução é:

$$M=\frac{n_1}{V}=\frac{0,0010 mol}{0,10 L}=0,01\frac{mol}{L}ou0,01 M$$

A concentração comum e a molaridade estão relacionadas entre si através da seguinte expressão:

C = MM₁ x M

A molalidade (m) de uma solução é a razão entre a quantidade de matéria de soluto (n₁) e a massa, em quilograma, de solvente (m₂), e é expressa matematicamente por:

Molalidade= m =\(\frac{n_1}{m_2}\)

A molalidade é dada em mol/kg. Por exemplo, se prepararmos uma solução misturando 0,200 mol de NaOH (40,0 g) e 0,500 kg de água (500 g), a concentração da solução é:

$$m=\frac{0,200mol}{0,500 kg}=0,400\frac{mol}{kg}de NaOH$$

Nas soluções iônicas, o soluto encontra-se dissociado em íons. Neste caso, devemos montar a equação de dissociação do soluto e calcular a quantidade de mol do cátion e do ânion produzidos para cada mol de soluto.

Exemplo:

1 NaCl _(aq) → 1 Na⁺ _(aq) + 1 Cl^- _(aq)

1 mol               1 mol         1 mol

1 CaCl_2(aq) → 1 Ca²⁺ _(aq) + 2 Cl^- _(aq)

1 mol           1 mol         2 mol

1 Al₂(SO₄)_3(aq) → 2 Al³⁺ _(aq) + 3 SO₄^2- _(aq)

1 mol        2 mol         3 mol

A densidade da solução (d) é a relação entre a massa da solução (m) e o seu volume (V), e é expressa por:

$$d=\frac{m}{V}$$

A unidade de medida da densidade dependerá das unidades da massa e do volume. Pode ser g/L, g/mL etc.

Por exemplo, suponhamos que 1,05 g de determinada solução apresentem um volume de 1,0 mL, sua densidade será:

$$d-\frac{m}{V}=\frac{1,05g}{1,0mL}=1,05g/mL$$

O título (Ƭ) ou porcentagem em massa (%m) relaciona a massa do soluto (m₁) presente em determinada massa de solução (m) através da seguinte expressão:

$$T=\frac{m_1}{m}$$

O título sempre será um número adimensional, com valores variando de 0 a 1,0. Também podemos expressá-lo em porcentagem. Neste caso, passa a ser denominado porcentagem em massa do soluto e terá valores variando de 0 a 100%:

$$%m=\frac{m_1}{m}x100=T.100

Por exemplo, vamos considerar uma solução aquosa de NaOH com rótulo indicando 20%, ou seja, o título da solução é 0,2 e sua porcentagem em massa é 20%. Isso significa que a solução apresenta 20% em massa de NaOH, isto é, cada 100 g ou 100 kg de solução contém 20 g ou 20 kg de NaOH dissolvidos.

Da mesma forma, o título em volume (Ƭ_V) ou porcentagem em volume (%V) relaciona o volume do soluto (V₁) presente em determinado volume de solução (V) através da seguinte expressão:

$$T_v=\frac{V_1}{V}$$

Os valores do título em volume variam de 0 a 1,0.

A porcentagem em volume do soluto terá valores variando de 0 a 100% e é expressa por:

$$V=\frac{V_1}{V}.100=T_v.100$$

As concentrações vistas até agora estão relacionadas entre si através da seguinte expressão:

C = d x Ƭ = M x MM₁

ou

C = 1000 x d x Ƭ = M x MM₁

onde:

C – concentração comum (g/L)

MM₁ – massa molar do soluto (g/mol)

M – concentração molar (mol/L)

d – densidade (g/mL ou g/cm³)

Ƭ – título ou porcentagem em massa (%)

Para indicar concentrações muito pequenas, tais como poluentes do ar, da terra é da água, é comum usar a unidade partes por milhão (ppm). Este termo é usado no caso de soluções muito diluídas e indica quantas partes do soluto existem em um milhão de partes da solução.

Por exemplo, uma solução 20 ppm contém 20 g de soluto dissolvidos em 1 milhão de gramas de solução. Como a solução se encontra muito diluída, consideramos que a massa do solvente praticamente igual à massa da solução.

Matematicamente, ppm é determinado a partir das seguintes expressões:

Por exemplo, a água potável não pode conter mais do que 5,0 x 10^–4 mg de mercúrio (Hg) por grama de água. Podemos expressar essa quantidade máxima permitida de Hg em ppm da seguinte forma: