Appunti di chimica: come esprimere la concentrazione

Tramite: O2O
Difficoltà: difficile
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Introduzione

La chimica è una materia molto vasta e piena di concetti che devono essere padroneggiati il prima possibile per non essere sommersi. Quando si inizia a trattare un argomento impegnativo come quello delle soluzioni ci si trova immancabilmente di fronte alla definizione di concentrazione che rappresenta un concetto cardine e che è indispensabile sua nelle esperienze teoriche che in quelle di laboratorio. La concentrazione di un soluto in un solvente può essere espressa in molte maniere differenti a seconda di quanto ci viene chiesto in un dato problema. Purtroppo la definizione spesso viene piegata alle esigenze pratiche delle applicazioni e ci si trova di fronte a molte varianti che dipendono dall'impiego. Con questa breve serie di appunti illustreremo il concetto di concentrazione e come viene espressa e soprattutto di come le varie notazioni sono impiegate nell'uso comune.

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Occorrente

  • Carta
  • Matita
  • Dati del problema
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Percentuale in peso

Quando siano note la percentuale in peso o la percentuale in massa (% P/P o %) si impiega questa definizione di concentrazione che indica quanti sono i grammi di soluto disciolti in una data quantità di grammi di soluzione, normalizzata poi per comodità di calcolo a 100.

In formula:

% P/P = (Massa di soluto: Massa di soluzione) * 100

Supponiamo di dover calcolare per esempio la percentuale in peso di glucosio in una soluzione ottenuta sciogliendo 30,4g di tale sostanza in 252g di acqua.

La massa totale di soluzione risulta essere pari a: (30,4+252)g=282,4g

Quindi applicando la formula precedentemente riportata: (30,4 : 282,4) * 100 = 10,8%.
L'impiego delle percentuali è molto diffuso perché spesso i prodotti commerciali utilizzano questa notazione per le soluzioni ottenute sciogliendo una certa quantità di sali in un liquido, o perché ci si aspetta che il solvente venga poi rimosso per evaporazione, ad esempio tramite distillazione controllata o frazionata lasciando il residuo solido che può successivamente essere pesato.

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Percentuale in volume

Quando ci si trova a mescolare liquidi con liquidi spesso si impiega una notazione volumetrica. La percentuale in volume (% V/V) indica i millilitri di soluto disciolti in un dato riferimento, espresso sempre millilitri di soluzione, successivamente normalizzato a 100.
In formula:

% V/V = (Volume di soluto : Volume di soluzione) * 100

La percentuale in volume è impiegata soprattutto per esprimere la concentrazione delle soluzioni gassose e di quelle idro-alcoliche. La percentuale in volume di alcol (etanolo) è detta comunemente "grado alcolico" ed è riportata sulle etichette.

Supponiamo di dover calcolare il grado alcolico di un vino che contiene 85 ml di etanolo per litro. Un litro equivale a 1000 ml, pertanto:

(85 ml : 1000 ml) * 100 = 8,5% V/V.
Altrettanto diffusa nella applicazioni pratiche, risulta particolarmente utile perché i contenitori graduati riportano solo tacche volumetriche, proprio per via del fatto che materiali differenti possono avere densità e pesi molto diversi fra loro e non necessariamente si ha una soluzione non satura. Tramite la stima dei volumi quindi è possibile anche determinare le condizioni per esempio di purezza del solvente e del soluto.

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Massa su volume

La concentrazione di una soluzione può essere però espressa anche dalla massa di soluto presente in un certo volume di soluzione. Spesso la massa viene espressa in grammi e il volume in litri. In tal caso, la concentrazione è espressa in g/l ed è calcolabile mediante la formula:

Concentrazione=(Massa di soluto in grammi: Volume di soluzione in litri)

Calcoliamo ad esempio la concentrazione in g/l di una soluzione che contiene 40,8 g di acido solforico in 425 ml di soluzione acquosa.

Poiché 425 ml equivalgono a 0,425 l, si ha:

40,8 g : 0,425 l = 96 g/l.
Questa notazione è molto comoda quando si debbano andare a sciogliere in un solvente dei sali, perché ovviamente il volume dei granelli o per esempio di cristalli di forma irregolare non sempre di immediata determinazione, mentre per il peso basta una semplice bilancia di precisione.

s="sub">.

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Molarità e molalità

Quando si devono effettuare calcoli di equilibri di reazione, spesso è necessario avere un indicatore che ci consenta una stima diretta ed una verifica dei prodotti. Abbiamo in questo caso le espressioni di molarità e molalità. La prima, anche detta concentrazione molare (M), indica le moli di soluto disciolte in un litro di soluzione.
In formula:

M = n: V

In questo caso, M è la molarità, n è il numero delle moli di soluto e V il volume in litri della soluzione. La molarità dipende dalla temperatura perché le variazioni di temperatura influiscono sul volume della soluzione. Tuttavia, questa unità di concentrazione è particolarmente utile perché il numero delle moli di soluto è proporzionale al volume di soluzione.
La molalità o concentrazione molale (m) indica le moli di soluto disciolte in un chilogrammo di solvente puro.
In formula:
m = moli di soluto: kg di solvente.
Si tratta di notazioni diffuse in ambito accademico e tecnico e consentono calcoli relativamente precisi con gli equilibri di reazione. La molalità però è considerata obsoleta dalle norme IUPAC, sebbene ancora molta diffusa perché estremamente comoda per i calcoli.

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