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Na quimica, solução é uma mistura homogênea de soluto e Solvente dissolver esse soluto. Concentração é uma medida da quantidade de substância dissolvida em um solvente. Existem muitas razões para calcular a concentração de uma solução, mas o método é o mesmo, quer você precise testar seu nível de cloro em um banho ou analisar uma amostra de sangue para salvar vidas. Este artigo fornecerá alguns conhecimentos básicos de química de solução, seguidos de instruções detalhadas sobre uma aplicação prática muito comum - manutenção de aquários.

Passos

Método 1 de 5: Aprenda os fundamentos da concentração

1. 

   Aprenda vocabulário. A concentração é a razão entre a massa do soluto e a massa de toda a mistura. Por exemplo, se você for dissolver açúcar e vinagre juntos para um experimento, será necessário calcular a concentração de açúcar na mistura. Abaixo está uma descrição de cada componente do resultado de um problema químico:
   • Açúcar é soluto, ou seja, o ingrediente é dissolvido. Você está medindo a concentração do soluto.
   • Vinagre é Solvente, significando a substância na qual você dissolve outra substância.
   • Depois de misturá-los, você terá um solução. Para calcular a concentração, você precisa obter a massa total da solução, isso pode ser encontrado adicionando a massa do soluto e a massa do solvente.
   • Se você não se lembra quais solventes e quais solventes lembre-se deste exemplo.

2. 

   
   
   Aprenda como escrever concentrações. Visto que existem diferentes maneiras de expressar a "massa" de uma substância, também há mais de uma maneira de escrever a concentração. Estes são os mais comuns:
   • Grama por litro (g / L). É simplesmente a massa em gramas de soluto em um determinado volume de solução. Freqüentemente usado para solventes e solventes líquidos, como açúcar e vinagre no exemplo acima.
   • Concentração molar (M). O número de moles do soluto dividido pelo volume da solução. Mol é uma unidade de medida em química, usada para descrever o número de átomos ou moléculas de uma substância.
   • Partes por milhão (ppm). Número de unidades (geralmente gramas ou miligramas) de soluto por milhão de unidades de solução. Normalmente usado para soluções aquosas muito diluídas.
   • Composição percentual. O número de partes (geralmente gramas) de soluto presente em uma solução cem por cento. O símbolo de porcentagem significa "em 100", então você pode escrever facilmente a fração como uma porcentagem.
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Método 2 de 5: Calcule a concentração em gramas por litro

1. 

   
   
   Aprenda como aplicar este método. Esta é uma maneira útil de medir a concentração ao dissolver um sólido em um líquido e ao fazer cálculos com soluções relativamente grandes que são fáceis de medir. Se a quantidade de soluto for de apenas alguns miligramas ou o solvente for em mililitros, você deve usar outro método.
   • Problema de exemplo: Encontre a concentração (gramas por litro) de uma solução preparada de 3 mL de sal de cozinha a 2.000 mL de água. Escreva sua resposta em gramas / litro.

2. 

   
   
   Converta a massa do soluto em gramas. Se o soluto (que é dissolvido na maior quantidade de solvente) foi pesado em gramas, pule esta etapa. Caso contrário, você deve converter as unidades em gramas. A conversão de unidades de massa (como quilogramas) é simples se você olhar para as taxas de conversão, mas a conversão de unidades de volume (como litros) é mais complicada. Cada substância possui sua densidade, que é o valor que define a quantidade de matéria contida em uma unidade de volume. Pesquise essa densidade e multiplique pelo valor do volume para obter a massa em gramas, depois de verificar se a unidade corresponde.
   • No exemplo acima, o sal é o soluto. O sal é medido em unidades de volume (mL), portanto, você deve convertê-lo em gramas.
   • A densidade do sal é 1,15 g / mL. Se o problema não fornecer esses dados, você deve procurá-los em um livro-texto ou banco de dados de produtos químicos. Você deve encontrar a densidade em termos das unidades que está usando (gramas por litro) ou convertê-la para as unidades corretas.
   • Para encontrar a massa de sal presente em 3 mL, calcule 3 mL × (/ _{1 mL}) = 3,45 gramas de sal.

3. 

   Converta os dados do solvente em litros. Os solventes são geralmente medidos em unidades de volume, então a conversão é bastante simples. Se o problema já for solvente em litros, vá para a próxima etapa.
   • No exemplo acima, temos 2.000 mL de água, portanto, ela deve ser convertida para litros.
   • Cada litro tem 1000 mL, então converta por cálculo (/ _{1000 mL}) x (2000 mL) = 2 litros de água.
   • Observe que organizamos a conversão da unidade de forma que o mL seja destruído (um acima, um abaixo). Se você escrever como / _{1 L} x 2000 mL dará um resultado sem sentido.

4. 

   Divida o solvente pelo soluto. Agora que temos o peso em gramas de soluto e o volume em litros de solvente, você encontrará facilmente a concentração g / L dividindo:
   • No exemplo acima, / _{2 litros de água} = Concentração de sal de 1.725 g / L.

5. 

   Modifique a fórmula para cálculo de soluto grande. Em teoria, deveríamos calcular a concentração pelo volume de toda a solução, ou seja, somar o volume do soluto e do solvente. Ao dissolver uma pequena quantidade de sólidos em uma grande quantidade de líquido, a diferença de volume é desprezível, então você pode ignorar o volume do soluto e usar apenas o volume do solvente, como feito anteriormente. Se o volume do soluto for grande o suficiente para alterar significativamente o volume total, você precisará alterar a fórmula para (g soluto) / (L soluto + L solvente).
   • No exemplo acima, / (_{2 litros de água} + 0,003 L de sal) = 1.722 g / L.
   • A diferença entre este resultado e o resultado original é de apenas 0,003 g / L. Este é um desvio muito pequeno e quase menor do que a precisão dos instrumentos de medição.
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Método 3 de 5: Calcule a concentração em porcentagem ou por milhão

1. 

   Aprenda como aplicar este método. Use este método se o problema pedir para encontrar "porcentagem de conteúdo" ou "porcentagem de massa". Em química, normalmente você está mais preocupado com a massa de uma substância. Depois de saber a massa do soluto e do solvente, você pode encontrar a porcentagem do soluto com relativa facilidade, comparando as duas massas.
   • Problema de exemplo: Dissolva 10 g de chocolate em pó em 1,2 litros de água quente. Primeiro, calcule a porcentagem em peso do chocolate em solução. Em seguida, escreva o resultado em partes por milhão.

2. 

   Converta figuras em gramas. Se houver qualquer número fornecido em unidades de volume (como litros ou mililitros), você precisará convertê-los em unidades de massa em gramas. Uma vez que cada substância tem uma gravidade específica (massa por volume), você deve encontrar sua especificidade antes de encontrar a massa:
   • Pesquise a densidade da substância em um livro ou na Internet. Converta essa densidade para o grama acima (a unidade de volume usada no problema) se os dados encontrados não forem adequados. Multiplique a densidade pelo volume da substância e obterá a massa em gramas.
   • Por exemplo: Você tem 1,2 litros de água. A densidade da água é de 1000 gramas por litro, então calcule (/ _{1 L}) x 1,2 L = 1200 g.
   • Como a massa de chocolate foi dada em gramas, não há necessidade de alterá-la.

3. 

   Calcule a porcentagem. Depois de obter a massa do soluto e a massa do solvente em gramas, use esta fórmula para calcular a porcentagem: (/ (_{gramas de soluto + grama de solvente})) x 100.
   • Você tem 10 gramas de chocolates e descobriu que a água tem 1200 gramas. A solução inteira (soluto + solvente) tem um peso de 10 + 1200 = 1210 gramas.
   • Concentração de chocolate na solução total = / _{(1210 gramas de solução)} = 0,00826
   • Multiplique este valor por 100 para obter a porcentagem: 0,00826 x 100 = 0,826, então é isso uma mistura de 0,826% de chocolate.

4. 

   Calcule ingredientes por milhão. Já temos "porcentagem", portanto, partes por milhão são calculadas exatamente da mesma maneira. A fórmula é (/ (_{gramas de soluto + grama de solvente})) x 1.000.000. Esta fórmula é reescrita na notação matemática de (/ (_{gramas de soluto + grama de solvente})) x 10.
   • No exemplo acima, / _{(1210 gramas de solução)} = 0,00826.
   • 0,00826 x 10 = 8260 ppm de chocolate.
   • Normalmente, partes por milhão são usadas para medir concentrações muito pequenas porque é inconveniente escrever em porcentagem. Por conveniência, também usamos o mesmo exemplo.
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Método 4 de 5: Calcule a concentração molar

1. 

   O que você precisa ter para aplicar este método? Para calcular a concentração molar, você deve saber quantos moles o soluto é, mas você pode descobrir esse número facilmente se souber a massa do soluto e sua fórmula química. Se você não tem todas essas informações ou não aprendeu o conceito de "mol" em química, use um método diferente.
   • Exemplo de problema: Qual é a molaridade de uma solução preparada dissolvendo 25 gramas de hidróxido de potássio em 400 mL de água?
   • Se a massa do soluto for dada em unidades diferentes de gramas, você deve primeiro convertê-la em gramas.

2. 

   Calcule a massa molar do soluto. Cada elemento químico tem uma "massa molar" conhecida, a massa de um mol desse elemento. A massa molar tem o mesmo valor que a massa atômica na tabela periódica dos elementos, geralmente abaixo do símbolo químico e do nome de cada elemento. Basta adicionar a massa molar dos elementos constituintes do soluto para encontrar a massa molar do soluto.
   • O exemplo acima usa hidróxido de potássio como soluto. Pesquise esta substância em um livro ou no banco de dados de fórmulas químicas online para a fórmula química do hidróxido de potássio: KOH.
   • Use a tabela periódica ou a documentação online para encontrar a massa atômica do elemento: K = 39,0; O = 16,0; H = 1,0.
   • Some as massas atômicas e escreva a unidade "g / mol" para obter a massa molar. 39 + 16 + 1 = 56 g / mol.
   • Para moléculas com mais de um tipo de átomo, adicione a massa atômica de cada tipo de átomo. Por exemplo, H₂O tem uma massa molar de 1 + 1 + 16 = 18 g / mol.

3. 

   Calcule o número de moles de soluto. Depois de obter a massa molar (g / mol), você pode converter entre gramas e mol. Você já sabe a massa do soluto em gramas, então você pode alterá-la da seguinte maneira (massa do soluto em gramas) x (/ _{massa molar}) para obter um resultado em moles.
   • No exemplo acima, como você tem 25 gramas de substância com uma massa molar de 56 g / mol, calcule 25g x (/ _{56g / mol}) = aproximadamente 0,45 mol KOH em solução.

4. 

   Divida o volume da solução em litros para encontrar a concentração molar. A concentração molar é definida como a razão entre o número de moles de soluto e o número de litros de solução. Converta o volume da solução em litros, se necessário, e execute o cálculo.
   • Neste exemplo, temos 400 mL de água, então isso seria 0,4 litros.
   • A concentração molar de KOH na solução é / _0,4L = 1.125 mi. (Você obterá resultados mais precisos usando uma calculadora e não arredondará nenhum número até a etapa final.)
   • Normalmente, você pode ignorar o volume do soluto porque ele não altera significativamente o volume do solvente. Se você dissolver uma quantidade de soluto grande o suficiente para alterar significativamente o volume, meça o volume da solução final e use esse parâmetro.
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Método 5 de 5: Titulação para calcular a concentração da solução

1. 

   Saiba quando titular. A titulação é uma técnica usada por químicos para calcular a quantidade de soluto presente em uma solução. Para realizar uma titulação, você deve criar uma reação química entre o soluto e outro reagente (geralmente também dissolvido em uma solução líquida). Como você sabe a quantidade exata do segundo reagente e conhece a equação química da reação entre essa substância e o soluto, pode calcular a quantidade de soluto determinando a quantidade de reagente a ser adicionado primeiro à solução. quando a reação com o soluto termina.
   • Assim, a titulação é um método muito bom para calcular a concentração de uma solução quando você não sabe qual é a quantidade inicial de soluto.
   • Se a massa do soluto na solução for conhecida, nenhuma titulação é necessária - simplesmente determine o volume da solução e calcule a concentração conforme mostrado na Parte Um.

2. 

   Prepare o instrumento de titulação. Para titular com precisão, você deve ter instrumentos químicos limpos, precisos e profissionais. Na posição de titulação, coloque o frasco Erlen sob o tubo da bureta montado na pinça. A ponta do tubo da bureta deve repousar no gargalo do frasco, sem tocar na parede do frasco.
   • Certifique-se de que todo o equipamento tenha sido limpo previamente, enxágue com água deionizada e deixe secar.

3. 

   Despeje a solução em frascos e tubos. Meça com precisão uma pequena quantidade de solução de concentração desconhecida. Uma vez que o soluto é dissolvido, ele é uniformemente disperso por toda a solução, de modo que a concentração desta solução de amostra pequena será a mesma da solução original. Encha o tubo da bureta com uma concentração conhecida de solução que reagirá com a sua solução. Registre o volume exato da solução no tubo da bureta - você subtrairá o volume final para encontrar o volume total usado nesta reação.
   • Nota: Se a reação entre a solução no tubo da bureta e a solução no frasco de concentração desconhecida não mostrar nenhum sinal óbvio de reação, você precisa adicionar indicador na jarra. Em química, um indicador é um produto químico que muda a cor da solução quando a reação atinge um equivalente ou ponto final. Os indicadores usados ​​para titulação são geralmente ácidos e produzem reações redox, mas existem muitos outros tipos de indicadores. Consulte um livro de química ou online para encontrar o indicador certo para a reação.

4. 

   Comece a titulação. Adicione lentamente a solução do tubo da bureta (chamada de "solução de titulação") no frasco. Use um agitador magnético ou vareta de vidro para misturar a solução durante a reação. Se a reação na solução for visível, você verá sinais como mudança de cor, bolhas, criação de um novo produto, etc. Se você usar um indicador, um raio manchado aparecerá quando solte a solução do tubo da bureta para o frasco.
   • Se a reação resultar em uma mudança no pH ou potencial, você pode mergulhar um papel de pH ou potenciômetro no frasco para monitorar a reação.
   • Para uma titulação mais precisa, você precisa monitorar o pH e o potencial conforme mencionado, registrando as leituras após adicionar o titulante em pequenos incrementos fixos. Trace o pH ou potencial com o volume de titulante adicionado. Você verá a inclinação do gráfico mudar muito rapidamente no ponto de equivalência da reação.

5. 

   Reduza a velocidade de titulação. Conforme a reação se aproxima do ponto final, diminua a taxa de titulação gota a gota a cada vez. Se você estiver usando um indicador, os raios coloridos podem parecer mais longos. Prossiga o mais lento possível até que a última gota faça com que a reação cesse exatamente ali. Quanto ao indicador, você terá que notar a primeira mudança de cor duradoura na reação.
   • Registre o volume final no tubo da bureta. Subtraindo isso do volume da solução inicial no tubo da bureta, você pode encontrar o volume exato da solução de titulação usada.

6. 

   Calcule a massa do soluto na solução. Use a equação química para a reação entre o titulante e a solução para encontrar o número de moles de soluto no frasco. Depois de encontrar o número de moles de soluto, divida pelo volume da solução no frasco para encontrar a concentração molar da solução ou converta o número de moles em gramas e divida pelo volume da solução para encontrar a concentração em g / L. . Isso requer que você tenha um conhecimento básico de química quântica.
   • Por exemplo, suponha que usamos 25 mL de NaOH 0,5 M para titular a solução de HCl e água até o ponto equivalente. A solução de HCl tem um volume de 60 mL antes da titulação. Quantos moles de HCl existem em solução?
   • Primeiro, vamos ver a equação química para a reação entre NaOH e HCl: NaOH + HCl> H₂O + NaCl.
   • Nesse caso, um mol de NaOH reage com um mol de HCl para produzir o produto (água e NaCl). Uma vez que você adiciona NaOH apenas o suficiente para neutralizar todo o HCl, o número de moles de NaOH usado na reação será o mesmo que o número de moles de HCl no frasco.
   • Encontre a massa de NaOH em moles. 25 mL NaOH = 0,025 L NaOH x (0,5 mol NaOH / 1 L) = 0,0125 mol NaOH.
   • Uma vez que deduzimos da equação da reação que o número de moles de NaOH usado = o número de moles de HCl em solução, podemos concluir que existem 0,0125 moles de HCl em solução.

7. 

   Calcule a concentração da solução. Agora que sabemos a massa do soluto em solução, será fácil encontrar a concentração molar. Divida o número de moles de soluto em solução pelo volume da solução de teste (não são volume de solução do qual você está fazendo a amostragem). O resultado é a concentração molar da solução!
   • Para encontrar a concentração molar para o exemplo acima, simplesmente divida o número de moles de HCl pelo volume da solução no frasco. 0,0125 mol HCl x (1 / 0,060 L) = 0,208 M HCl.
   • Para converter a molaridade em g / L, ppm ou uma porcentagem, você deve converter o número molar do soluto em massa (use a massa molar da mistura de soluto). Para ppm e porcentagens, você também deve converter o volume da solução em massa (use um fator de conversão como densidade ou simplesmente pesar) e, em seguida, multiplique por 10 ou 10, respectivamente. com ppm e porcentagens.
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Adendo

• Embora os solutos e os solventes possam existir em diferentes formas de matéria (sólido, líquido, gás) quando separados, a solução formada após a dissolução do soluto no solvente terá a mesma forma física. Solvente.
• Use apenas plástico ou vidro ao titular.

Atenção

• Use óculos e luvas durante a titulação.
• Tenha cuidado ao trabalhar com quaisquer ácidos fortes. Teste em uma coifa quando for tóxico ou ao ar livre.