Concentrazione: cosa è e come si esprime

In questo appunto di chimica inorganica viene analizzata la concentrazione con particolare attenzione alle varie modalità con cui è possibile esprimerla, descrivendole nel dettaglio e riportando le maggiori caratteristiche.

Cosa indica la Concentrazione in chimica

La concentrazione indica il rapporto tra la quantità del componente presente in minor quantità all’interno di una miscela e la quantità di tutti i componenti della miscela, o del componente presente in maggior quantità.
Se si tratta di una soluzione, è necessario distinguere due componenti:

• Soluto
• Solvente

Il soluto è il componente presente in quantità minore nella soluzione, mentre il solvente è quello presente in maggior quantità. In questo caso, possiamo definire la concentrazione come il rapporto tra la quantità del soluto rispetto alla quantità della soluzione, o solamente del solvente. La concentrazione è espressa in termini di massa per unità di volume. Tuttavia, la concentrazione del soluto può anche essere espressa in moli o unità di volume. Invece del volume, la concentrazione può essere per unità di massa.
Per ulteriori approfondimenti sulla concentrazione vedi qui

Concentrazione: come si esprime sfruttando grandezze fisiche

Esistono numerose modalità per esprimere la concentrazione di un componente di una soluzione.Le unità fisiche, che sfruttano grandezze fisiche come massa e volume, sono:

• Percentuale in massa
• Percentuale in volume
• Percentuale massa su volume
• Parti per milione
• Parti per miliardo

La percentuale in massa (%m/m) rappresenta i grammi di soluto sciolti in 100 grammi di soluzione. Si calcola facendo il rapporto tra la massa in grammi del soluto e la massa in grammi della soluzione, moltiplicando poi il risultato per 100. La formula è dunque:
%m/m = ( massa soluto (g) / massa soluzione (g) ) x 100
La percentuale in volume (%V/V) rappresenta il volume di soluto sciolto in 100 millilitri di soluzione. Si calcola facendo il rapporto tra il volume in mL del soluto e il volume in mL della soluzione, moltiplicando poi il risultato per 100. La formula è dunque:
%V/V = ( volume soluto (mL) / volume soluzione (mL) ) x 100
La percentuale massa su volume (%m/V) rappresenta i grammi di soluto sciolti in 100 millilitri di soluzione. Si calcola facendo il rapporto tra la massa in grammi del soluto e il volume in mL della soluzione, moltiplicando poi il risultato per 100. La formula è dunque:
%m/V = ( massa soluto (g) / volume soluzione (mL) ) x 100
Le parti per milione (ppm) rappresentano i milligrammi di soluto sciolti in 1 L di soluzione. L’unità di misura è dunque mg/L.
Le parti per miliardo (ppb) rappresentano i microgrammi di soluto sciolti in 1 L di soluzione. L’unità di misura è dunque µg/L.
Per ulteriori approfondimenti sulla concentrazione percentuale in peso vedi qui

Concentrazione: come si esprime sfruttando grandezze chimiche

Le unità in chimica utilizzate per esprimere la concentrazione, e sfruttano grandezze chimiche come il numero di moli, sono:

• Molarità
• Molalità
• Normalità
• Frazione molare

La molarità (M) rappresenta le moli di soluto presenti in 1 L di soluzione. Poiché il volume della soluzione varia a seconda della temperatura, la molarità dipende della temperatura. Si calcola facendo il rapporto tra il numero di moli di soluto (mol) e il volume in litri di soluzione (L). La formula dunque è:
M = n soluto (mol) / V soluzione (L)
La molalità (m) rappresenta le moli di soluto presenti in 1 Kg di solvente. Si calcola facendo il rapporto tra il numero di moli di soluto (mol) e la massa in Kg di solvente. La formula dunque è:
m = n soluto (mol) / m solvente (Kg)
La normalità (N) rappresenta il numero di equivalenti di soluto presenti in 1 L di soluzione. Si calcola facendo il rapporto tra il numero di equivalenti di soluto (eq) e il volume in L di soluzione. La formula dunque è:
N = neq (eq) / V soluzione (L)
La frazione molare (X) rappresenta il rapporto tra il numero delle moli di soluto e il numero delle moli totali. La formula dunque è:
X = n soluto / n tot
Per ulteriori approfondimenti sulla molarità e molalità vedi qui

Esempio di calcolo della molarità di una soluzione

Calcolare la molarità di una soluzione di 400 mL che contiene 1 g di acido nitrico HNO3.
V soluzione = 400 mL = 0,4 L
m soluto = 1 g

La molarità è data dal rapporto tra il numero di moli di soluto (mol) e il volume in litri di soluzione (L). Sapendo il volume della soluzione, ciò che ci manca per calcolare la molarità sono le moli di soluto.
n = m soluto / MM
La massa molecolare (MM) di HNO3 è facilmente calcolabile con la tavola periodica.
MM = 1 + 14 + (16 x 3) = 63 g/mol
Perciò:
n = 1 g / 63 (g/mol) = 0,016 mol
Sostituendo nella formula della molarità:
M = n soluto (mol) / V soluzione (L) = 0,016 mol / 0,4 L = 0,04 mol/L