Cos'è la concentrazione di una soluzione?
Una soluzione è una miscela omogenea: il soluto (il sale) disciolto molecola per molecola nel solvente (l'acqua). La concentrazione risponde all'unica domanda che conta, dal punto di vista chimico: quanto è affollata? — perché le reazioni avvengono particella per particella, e una soluzione affollata reagisce a un ritmo diverso da una rarefatta. Ogni unità di concentrazione mai inventata è solo una frazione: qualcosa per qualcos'altro. Legga con attenzione i due «qualcosa» e nessuna unità la sorprenderà.
La regola da ricordare: controlli il numeratore e il denominatore. Moli per litro di soluzione (M) e moli per chilogrammo di solvente (m) differiscono più di una lettera — i denominatori misurano cose diverse.
Molarità, molalità, normalità: tre denominatori
La molarità (M) è le moli di soluto per litro di soluzione — il cavallo di battaglia del laboratorio, perché pipette e palloni tarati misurano il volume. Il suo punto debole: il volume si dilata con la temperatura, quindi 1,0000 M a 20 °C non è 1,0000 M a 40 °C. La molalità (m) divide per chilogrammi di solvente, che il calore non cambia — ed è per questo che il lavoro sulle proprietà colligative (abbassamento del punto di congelamento, innalzamento del punto di ebollizione) la richiede. La normalità (N) conta gli equivalenti per litro invece delle moli: una mole di H2SO4 fornisce due equivalenti acidi, quindi 0,5 M di H2SO4 sono 1 N — il campo degli equivalenti del pannello (H2SO4 = 2, HCl = 1, H3PO4 = 3) è esattamente questa conversione. Per preparare 1 L di NaCl 0,1 M: pesi 5,844 g, sciolga in meno di un litro, poi porti a esattamente 1,000 L in un pallone tarato — è il volume finale, non l'acqua aggiunta.
Diluizione: le moli di partenza sono le moli che si conservano
Diluire aggiunge solvente, mai soluto, quindi le moli si conservano: C1V1 = C2V2 non è altro che «moli prima = moli dopo» con il volume diviso. L'esempio del pannello di diluizione: soluzione madre 10 M, prelevati 50 mL, diluiti a 250 mL — l'aumento di volume di cinque volte riduce la concentrazione esattamente di cinque volte, C2 = 2,0000 M con un fattore di diluizione 5,0×. La stessa contabilità, letta al contrario, dice quanta soluzione madre misurare per una concentrazione obiettivo — il pane quotidiano della preparazione dei tamponi.
Percentuale e PPM: la concentrazione nel linguaggio quotidiano
Le soluzioni percentuali sono rapporti per cento, in tre forme che non vanno mai confuse: p/V (grammi di solido per 100 mL di soluzione — il valore predefinito nei laboratori di biologia), V/V (mL per 100 mL, usata per liquidi in liquidi come l'etanolo) e p/p (grammi per 100 g, immune alla contrazione di volume). L'esempio del pannello percentuale: 5 g sciolti fino a 100 mL sono il 5% (p/V) = 50 g/L. Per soluzioni acquose molto diluite subentra il PPM — definito per l'acqua come mg/L perché un litro di soluzione diluita pesa essenzialmente un chilogrammo. Il pannello PPM converte un esempio in tutte le unità: 1 ppm = 1000 ppb = 106 ppt = 0,0001% = 1 mg/L.
Il ponte della massa molare
Le concentrazioni sono espresse in moli, ma flaconi e bilance parlano in grammi, e la traduzione tra i due è la massa molare. Il NaCl pesa 58,440 g/mol (il pannello lo calcola dalle stesse masse atomiche della pagina Massa molare), quindi sciogliere 58,440 g e diluire a esattamente 1 L dà 1,0000 M — è l'intera ricetta di una soluzione standard. Il pannello della molarità accetta una formula (massa calcolata dal parser integrato) oppure una massa semplice, e riporta affiancati moli, molarità, normalità o ppm.
Idee sbagliate comuni
- M e m sono la stessa unità. Litro di soluzione contro chilogrammo di solvente: per acqua diluita a temperatura ambiente quasi coincidono, ed è proprio per questo che il pannello indica l'output della molalità come approssimazione.
- PPM significa la stessa cosa ovunque. mg/L è una scorciatoia specifica per l'acqua. Nelle miscele gassose e nei solidi, ppm è rigorosamente un rapporto massa/massa (o mole/mole).
- Diluire cambia la quantità di soluto. Cambia solo la concentrazione. I 50 mL di soluzione madre 10 M e i 250 mL di prodotto 2 M dell'esempio contengono esattamente le stesse 0,50 mol.
- I volumi sono additivi. 50 mL di etanolo + 50 mL di acqua danno circa 97 mL — la miscelazione contrae. Per questo le percentuali V/V specificano «diluire fino al volume» anziché «aggiungere».
Strumenti correlati: Massa molare (il traduttore grammi↔moli), Bilanciatore di equazioni (stechiometria su queste moli) e Acido-base (dove le concentrazioni diventano pH).
