Ce este concentrația unei soluții?
O soluție este un amestec omogen: solutul (sarea) dizolvat moleculă cu moleculă în solvent (apa). Concentrația răspunde singurei întrebări care contează atunci din punct de vedere chimic — cât de aglomerată este? — deoarece reacțiile au loc particulă cu particulă, iar o soluție aglomerată reacționează într-un ritm diferit față de una diluată. Fiecare unitate de concentrație inventată este doar o fracție: ceva-pe-ceva. Dacă cele două „ceva” se citesc cu atenție, nicio unitate nu surprinde vreodată.
Singura regulă de reținut: se verifică numărătorul și numitorul. Moli-pe-litru-de-soluție (M) și moli-pe-kilogram-de-solvent (m) diferă mai mult decât printr-o literă — numitorii măsoară lucruri diferite.
Molaritate, molalitate, normalitate: trei numitori
Molaritatea (M) este numărul de moli de solut pe litru de soluție — calul de povară din laborator, deoarece pipetele și baloanele cotate măsoară volumul. Slăbiciunea ei: volumul se dilată cu temperatura, deci 1,0000 M la 20 °C nu este 1,0000 M la 40 °C. Molalitatea (m) împarte la kilogramele de solvent, pe care căldura nu le schimbă — de aceea lucrările coligative (scăderea punctului de înghețare, creșterea punctului de fierbere) o cer. Normalitatea (N) numără echivalenți pe litru în loc de moli: un mol de H2SO4 livrează doi echivalenți acizi, deci H2SO4 0,5 M este 1 N — câmpul de echivalenți al panoului (H2SO4 = 2, HCl = 1, H3PO4 = 3) este exact această conversie. Pentru a prepara 1 L de NaCl 0,1 M: se cântăresc 5,844 g, se dizolvă în mai puțin de un litru, apoi se completează până la exact 1,000 L într-un balon cotat — volumul final, nu apa adăugată.
Diluția: molii de la început sunt molii pe care îi păstrezi
Diluarea adaugă solvent, niciodată solut, deci molii se conservă: C1V1 = C2V2 nu este decât „moli înainte = moli după” cu volumul împărțit. Proba panoului Diluție: soluție-mamă de 10 M, se iau 50 mL, se diluează la 250 mL — creșterea de cinci ori a volumului reduce concentrația exact de cinci ori, C2 = 2,0000 M cu un factor de diluție de 5,0×. Aceeași evidență, rulată invers, spune cât din soluția-mamă să se măsoare pentru o concentrație țintă — pâinea zilnică a preparării tampoanelor.
Procente și ppm: concentrații pentru limbajul de zi cu zi
Soluțiile procentuale sunt rapoarte la sută, în trei variante care nu trebuie confundate niciodată: g/v (grame de solid la 100 mL de soluție — implicit în laboratoarele de biologie), v/v (mL la 100 mL, folosit pentru lichid în lichid, precum etanolul) și g/g (grame la 100 g, imun la contracția volumului). Proba panoului procentual: 5 g dizolvate până la 100 mL este 5% (g/v) = 50 g/L. Pentru soluțiile apoase foarte diluate preia controlul PPM — definit pentru apă ca mg/L, pentru că un litru de soluție diluată cântărește practic un kilogram. Panoul PPM convertește o probă peste tot: 1 ppm = 1000 ppb = 106 ppt = 0,0001% = 1 mg/L.
Puntea masei molare
Concentrațiile se exprimă în moli, dar flacoanele și balanțele vorbesc în grame, iar traducerea între ele este masa molară. NaCl are 58,440 g/mol (panoul o calculează din aceleași mase atomice ca pagina Masă molară), deci dizolvarea a 58,440 g și diluarea până la exact 1 L dă 1,0000 M — aceasta este întreaga rețetă a unei soluții standard. Panoul Molaritate acceptă fie o formulă (masa calculată din analizorul încorporat), fie o masă simplă, apoi raportează alături moli, molaritate, normalitate sau ppm.
Concepții greșite frecvente
- M și m sunt aceeași unitate. Litrul de soluție față de kilogramul de solvent: pentru apă diluată la temperatura camerei ele aproape coincid, tocmai de aceea panoul marchează rezultatul molalității ca o aproximație.
- PPM înseamnă același lucru peste tot. mg/L este o scurtătură specifică apei. În amestecuri de gaze și în solide, ppm este strict un raport masă/masă (sau mol/mol).
- Diluarea schimbă cantitatea de solut. Doar concentrația. Cei 50 mL de soluție-mamă de 10 M ai probei și cei 250 mL de produs de 2 M conțin aceiași 0,50 mol.
- Volumele sunt aditive. 50 mL de etanol + 50 mL de apă dau aproximativ 97 mL — amestecarea contractă. De aceea procentele v/v specifică „se completează până la volum” și nu „se adaugă”.
Instrumente înrudite: Masă molară (traducătorul grame↔moli), Echilibrator de ecuații (stoichiometria pe acești moli) și Acid-bază (unde concentrațiile devin pH).
