Unidades de concentração: fração molar, molalidade e relação entre unidades em Química

A palavra concentração está muito presente na química. Em vários momentos e execícios, iremos encontrar essa palavra. As principais que nós iremos trabalhar são:

 Concentração comum (concentração em massa)
 Concentração molar (concentração em quantidade de matéria)
 Densidade
 Fração molar (Fração em mol)
 Porcentagem em massa (Título em massa)
 Porcentagem por volume (Título em volume)
 Porcentagem em massa por volume (Título em massa por volume)
 Partes por milhão
 Partes por bilhão
 Molalidade

Apesar de serem muitas, elas acabam se repetindo nas questões. E cada vez que vamos resolvendo mais exercícios, vamos dominando elas ainda mais. Vamos ver agora uma por uma.

Importante!!!

Índice 1, estamos falando do soluto.
Índice 2, estamos falando do solvente
Caso não tenha índice, refere-se a solução

Concentração comum ( C )

Essa concentração é uma das mais usadas. Ela relaciona a quantidade de massa do soluto (m1)presente em um determinado volume de solução (V).

Trazendo para uma fórmula matemática:

C = m1/V
Unidades:
C -> g/L
m1 -> g
V -> L

Concentração molar (M)

Nessa unidade de concentração, ao invés de relacionarmos a massa com o volume, vamos relacionar a quantidade de matéria do soluto (n1) com o volume da solução (V).

Trazendo para uma fórmula matemática:

M= n1/V
Unidades:
M -> mol/L
n1 -> mol
V -> L

Importante!!!
É possível escrever essa fórmula um pouco diferente. Sabemos que o número de mols (n1) é dado pela seguinte fórmula:

n1 = m1/MM1
Substituindo n1 na fórmula de molaridade, temos:

M = m1/(MM1.V)

Densidade (d)

Tome bastante cuidado com essa unidade. Ela é bem parecida com a concentração comum, também envolve uma massa sobre um volume. Porém a densidade relaciona a massa da solução com o volume da solução.

A massa da solução (m) é dada pela soma da massa do soluto (m1) e a massa do solvente (m2).

m = m1 + m2
Trazendo densidade para uma fórmula matemática:

d= m/V
Unidades:
d -> g/mL
m -> g
V -> mL

Importante!!!
Densidade pode vir com outras unidades, porém a definição é sempre a mesma.
Exemplos:

Kg/m​3​​
g/cm3​​ --> 1 cm3​​ equivale a 1 mL

Fração molar (X)

Essa unidade irá relacionar o número de mols de alguma espécie (ni) sobre o número de mols totais (nt).
Trazendo densidade para uma fórmula matemática:

Xi = xi/xt
Unidades:
X -> adimensional (sem unidade)
ni -> mol
nt -> mol

nt = n1 + n2
Dependendo de qual espécie o problema estiver perguntando, nós iremos escrever a fração molar em função de diferentes participantes.

Exemplo: Uma mistura de 2 mol de NaCl com 8 mol de H2O.

Primeira coisa é saber o número de mols totais -> nt = n1 + n2 -> nt = 2 + 8 -> nt = 10 mol

Fração molar do soluto (NaCl):
X1 = n1/nt = 2/10 = 0,2

Fração molar do solvente (NaCl):
X2 = n2/nt = 8/10 = 0,8

Importante!!!
A soma das frações molares deve ser sempre igual a 1.

Porcentagem em massa (%m/m)

Essa unidade de concentração irá relacionar a quantidade em massa de soluto (m1) que está contida em 100 g de solução.

Trazendo para uma fórmula matemática:

% m/m= m1/m x 100%

Porcentagem por volume (%V/V)

Essa unidade de concentração irá relacionar a quantidade por volume de soluto (V1) que está contida em 100 mL de solução.

Trazendo para uma fórmula matemática:

% V/V= V1/V x 100%

Porcentagem em massa por volume (%m/V)

Essa unidade de concentração irá relacionar a quantidade em massa de soluto (m1) que está contida em 100 mL de solução.
Trazendo para uma fórmula matemática:

% m/V= m1/V x 100%

Partes por milhão (ppm)

Quando estamos trabalhando um soluções de concentrações muito baixas, é necessário usarmos unidades que nós permita fazer os cálculos necessários.
Essa unidade irá relacionar a massa de soluto (m1) que está presente em 1000000 (10^610​6​​) gramas de solução.
Trazendo densidade para uma fórmula matemática:
1 ppm= m1/(10^6​​ g de solução)

Partes por bilhão (ppb)

A diferença aqui é que a quantidade de solução é de 1000000000 (10^9​​).
Trazendo densidade para uma fórmula matemática:
1 ppb= m1/(10^9g de solução)

Molalidade (W)

Essa unidade aparece bem pouco. Mas é importante termos conhecimento dela. Ela relaciona a quantidade de matéria do soluto (n1) presente em uma massa de solvente (m2), expressa em Kg.
Trazendo densidade para uma fórmula matemática:

W= n1/m2
Unidades:
W -> mol/Kg
n1 -> mol
m2 -> Kg
São muitas fórmulas, porém temos uma relação que ajuda a sair na maioria das questões.

Relação entre unidades (molaridade, densidade, título e massa molar)

C = M.MM = 10.%.d
Onde:
C= Concentração comum (g/L)
M = Molaridade (mol/L)
MM = massa molar do soluto (g/mol)
% = título em massa
d = densidade (g/mL)