Tabla de Contenidos
ความเข้มข้นเป็นหนึ่งในลักษณะที่สำคัญที่สุดที่กำหนดองค์ประกอบของสารละลาย นี่คือคุณสมบัติเข้มข้นของสารละลายที่ระบุความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณของตัวถูกละลายและปริมาณของสารละลาย (ในกรณีส่วนใหญ่) หรือปริมาณของตัวทำละลาย (เช่น ในกรณีของโมลลิตี) สิ่งนี้สามารถแสดงเป็นหน่วยต่างๆ ขึ้นอยู่กับบริบทที่จะนำไปใช้ และยังขึ้นอยู่กับความเข้มข้นหรือความเข้มข้นของตัวถูกละลายที่พบในตัวทำละลาย
ด้วยเหตุผลเดียวกับที่เราจะไม่แสดงขนาดของเซลล์เป็นกิโลเมตรหรือระยะทางจากโลกถึงดาวอังคารเป็นนาโนเมตร เราจึงต้องเลือกหน่วยความเข้มข้นที่เหมาะสมที่สุดในแต่ละสถานการณ์และสำหรับแต่ละระดับของความเข้มข้นอย่างระมัดระวัง
นอกจากนี้ ความเข้มข้นยังสามารถแสดงเป็นหน่วยทางกายภาพ ซึ่งขึ้นอยู่กับขนาด เช่น มวลและปริมาตร หรือในหน่วยเคมี ซึ่งปริมาณของตัวถูกละลายและ/หรือตัวทำละลาย และ/หรือสารละลายจะแสดงในรูปของจำนวน อนุภาค โมล สมมูล หรืออื่นๆ
โดยไม่คำนึงถึงข้างต้น สารละลายมีความเข้มข้นเดียว และการรู้วิธีแปลงความเข้มข้นนั้นระหว่างหน่วยต่างๆ ที่มีอยู่เป็นทักษะพื้นฐานสำหรับนักเรียนเคมีทุกคน
ในบทความนี้ เราจะแสดงวิธีเปลี่ยนหรือเปลี่ยนความเข้มข้นจากโมลาริตีเป็นส่วนในล้านส่วนหรือ ppm
โมลาริตีคืออะไร?
โมลาริตีซึ่งแสดงด้วยสัญลักษณ์ M เป็นหนึ่งในหน่วยความเข้มข้นที่นักเคมีใช้กันอย่างแพร่หลาย เป็นหน่วยความเข้มข้นทางเคมีที่ระบุจำนวนโมลของตัวถูกละลายต่อลิตรของสารละลาย ในทางคณิตศาสตร์ โมลาริตีจะได้รับจากสูตรต่อไปนี้
โดยที่ n stoคือจำนวนโมลของตัวถูกละลายและ V solคือปริมาตรของสารละลายที่มีหน่วยเป็นลิตร การใช้ความสัมพันธ์ระหว่างโมลกับมวล ซึ่งก็คือ n=m/MM สูตรข้างต้นสามารถเขียนในรูปของมวลของตัวถูกละลายในหน่วยกรัม และมวลโมลาร์ในหน่วยกรัม/โมล
โดยที่ m คือมวลของตัวถูกละลายในหน่วยกรัม และ MM คือมวลโมลาร์ของตัวถูกละลายที่มีหน่วยเป็น g/mol
ส่วนในล้านส่วนคืออะไร?
ซึ่งแตกต่างจากโมลาริตี ส่วนในล้านส่วนสอดคล้องกับหน่วยความเข้มข้นทางกายภาพ สิ่งนี้บ่งชี้ว่ามีตัวละลาย “ส่วน” กี่ส่วนต่อสารละลายทุก ๆ ล้านส่วน ในแง่นี้ มันเป็นแนวคิดที่คล้ายกันกับเปอร์เซ็นต์ เพียงแต่ว่ามันขึ้นอยู่กับล้านแทนที่จะเป็น 100 ส่วนของการแก้ปัญหา
โดย “ส่วน” ของตัวถูกละลายและสารละลายเป็นที่เข้าใจกันทั้งมวลหรือปริมาตร ดังนั้น ppm จึงมี 3 ประเภท ได้แก่
- ส่วนในล้านมวล/มวล หรือ ppm m/m
- ส่วนต่อล้านมวล/ปริมาตร หรือ ppm m/V
- ส่วนในล้านปริมาตร/ปริมาตร หรือ ppm V/V
สองค่าที่ใช้บ่อยที่สุดและค่าที่มักจะเปลี่ยนเป็นโมลาริตีและในทางกลับกันคือ ppm m/m และ ppm m/V ในทั้งสองกรณี เป็นหน่วยความเข้มข้นที่เล็กมาก เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการแสดงความเข้มข้นของสารละลายที่เจือจางมาก
ส่วนในล้านมวล/มวล
การแสดงสูตรคำนวณ ppm มีสองวิธีที่แตกต่างกัน สูตรหนึ่งคล้ายกับสูตรเปอร์เซ็นต์ แต่คูณด้วย 10 6 (หนึ่งล้าน) แทนที่จะเป็น 100 และอีกสูตรหนึ่งกำลังรวมตัวประกอบของ 10 6ในการแปลงหน่วย:
ในกรณีแรก สามารถใช้หน่วยมวลใดก็ได้สำหรับตัวถูกละลายและสารละลาย ตราบใดที่ทั้งคู่เหมือนกัน ในกรณีที่สอง มวลของตัวถูกละลายจะต้องแสดงเป็นมิลลิกรัม ถ้าปริมาณของสารละลายแสดงเป็นกิโลกรัม ในการแปลงโมลาริตีเป็น ppm m/m เราจะใช้สูตรที่สอง เนื่องจากเป็นสูตรที่ใช้บ่อยที่สุด
สูตรนี้ช่วยให้เราเข้าใจ ppm m/m เป็นมิลลิกรัมของตัวถูกละลายสำหรับสารละลายแต่ละกิโลกรัม
ส่วนในล้านมวล/ปริมาตร
ในกรณีของ ppm m/V จะคำนวณโดยใช้สูตรต่อไปนี้:
ด้วยเหตุนี้ จึงมักกล่าวกันว่า ppm m/V แทนมิลลิกรัมของตัวถูกละลายต่อสารละลายหนึ่งลิตร
คุณจะแปลงจากโมลาริตีเป็น ppm ได้อย่างไร
แน่นอน การแปลงจากโมลาริตีเป็น ppm ขึ้นอยู่กับว่าคุณต้องการแปลงเป็น ppm m/V หรือ ppm m/m โดยทั่วไป เมื่อคุณไม่ได้ระบุว่าเป็น ppm ใด ก็ค่อนข้างปลอดภัยที่จะถือว่ามันเป็น ppm m/V ดังนั้นมาเริ่มด้วยการแปลงนี้
การแปลงระหว่างหน่วยความเข้มข้นสามารถดำเนินการได้สองวิธีเสมอโดยอาศัยความจริงที่ว่ามันเป็นคุณสมบัติเข้มข้น:
- สมมติปริมาณของสารละลายใดๆ และกำหนดปริมาณของตัวถูกละลาย จากนั้นใช้ข้อมูลนี้ในสูตรสำหรับหน่วยความเข้มข้นใหม่ หรือ
- ผสมผสานทั้งสองสูตรเพื่อให้ได้สูตรใหม่ที่ให้ความเข้มข้นตามสูตรอื่น
วิธีแรกจะเข้าใจง่ายกว่า ส่วนวิธีที่สองจะง่ายกว่าและเร็วกว่ามากเมื่อคุณมีสูตร
สูตรการแปลงจากโมลาริตีเป็นส่วนในล้าน m/V
เนื่องจากเราต้องการหา ppm m/V ก่อนอื่นเราต้องหามวลของตัวถูกละลายในหน่วยมิลลิกรัมจากโมลาริตี เพื่อให้บรรลุสิ่งนี้ ก็เพียงพอแล้วที่จะล้างมวลของตัวถูกละลายออกจากสูตรโมลาริตี:
แต่มวลนี้มีหน่วยเป็นกรัม และเราต้องการหน่วยเป็นมิลลิกรัม เราจึงเพิ่มปัจจัยการแปลงที่เหมาะสม :
ตอนนี้เราแทนที่นิพจน์นี้ในสูตร ppm m/V เพียงเท่านี้
หลังจากยกเลิกปริมาตรของสารละลาย (ทั้งใน L) สูตรจะยังคงอยู่:
มาดูทั้งสองวิธีในการดำเนินการตามตัวอย่าง
ตัวอย่างที่ 1
กำหนดความเข้มข้นเป็น ppm m/V ของสารละลายที่มี Pb 2+ ไอออน ที่ความเข้มข้น 2.83.10 -5โมลาร์
สารละลาย:ถ้าความเข้มข้นคือ 2,83.10 -5 โมล/ ลิตรหมายความว่าในสารละลาย 1 ลิตร มี ไอออน Pb 2+ อยู่ 2,83.10 -5 โมล มวลโมลาร์ของตะกั่วคือ 207.2 กรัม/โมล ดังนั้นมวลของตะกั่วที่อยู่ในสารละลาย 1 ลิตรคือ:
ตอนนี้ เราใช้สูตร ppm m/V โดยรู้ว่าปริมาตรของสารละลายคือ 1 ลิตร (สมมุติฐาน) และมวลของตัวถูกละลายคือ 5.86 มก. (คำนวณจากปริมาณของสารละลายที่สมมติขึ้น):
ตัวอย่างที่ 2
แปลงความเข้มข้นของโซเดียมไอออน (Na + ) 0.145 โมล/ลิตร ให้เป็นส่วนในล้านลูกบาศก์เมตร/โวลต์
วิธีแก้ไข:ในกรณีนี้ เราจะใช้สูตรเพื่อแสดงให้เห็นว่ามันง่ายเพียงใด สิ่งเดียวที่เราขาดไปคือมวลโมลาร์ของโซเดียม ซึ่งเท่ากับ 22.99 กรัม/โมล
สูตรการแปลงจากโมลาริตีเป็นส่วนต่อล้าน m/m
เช่นเดียวกับกรณีก่อนหน้า การแปลงนี้สามารถทำได้สองวิธี ต่อไป จะได้สูตรการแปลงโมลาริตีเป็น ppm m/m
เราจะเริ่มจากการแสดงออกของมิลลิกรัมของตัวถูกละลายจากโมลาริตี
ปัญหาในกรณีนี้คือ ppm m/m อยู่ในรูปของมวลของสารละลาย ไม่ใช่ปริมาตรของสารละลาย ดังที่ปรากฏในสูตรนี้ ด้วยเหตุนี้ ก่อนที่จะแทนที่นิพจน์นี้ในสูตร ppm m/m ต้องทราบความหนาแน่นของสารละลายเพื่อแปลงปริมาตรเป็นมวล:
ปริมาตรเป็นโมลาริตีมีหน่วยเป็นลิตร และเราสนใจมวลของสารละลายในหน่วยกิโลกรัม (เพราะเป็นเช่นนั้นในสูตร ppm m/m) ดังนั้นความหนาแน่นควรอยู่ในหน่วยกิโลกรัม/ลิตร อย่างไรก็ตาม ความหนาแน่นส่วนใหญ่จะรายงานเป็น g/mL ดังนั้นจึงต้องรวมปัจจัยการแปลงไว้ด้วย:
เมื่อรวมการแสดงออกนี้เข้ากับมวลของตัวถูกละลายในหน่วยมิลลิกรัมและสูตร ppm m/m และหลังจากยกเลิกมวลของสารละลายแล้ว เราได้รับ:
ตัวอย่างที่ 3
กำหนดความเข้มข้นในหน่วยมิลลิกรัมของตัวถูกละลายต่อกิโลกรัมของสารละลายสำหรับสารละลายกรดไฮโดรคลอริก 0.050 โมลาร์ โดยทราบว่าสารละลายมีความหนาแน่น 1.025 กรัม/มล.
วิธีแก้ไข:ในกรณีนี้ เพียงใส่ข้อมูลลงในสูตรเพื่อแปลงโมลาริตีเป็นส่วนในล้านส่วน เท่านี้ก็เสร็จแล้ว มวลโมลาร์ของ HCl คือ 36.46 g/mol:
อ้างอิง
https://www.quimicas.net/2015/05/ejemplos-de-ppm-partes-por-millon.html