Explicação

Numa certa quantidade de solução (expressa em massa ou volume), pode existir maior ou menor quantidade de soluto. Isto é, pode-se ter soluções mais ou menos concentradas. Existem várias formas de determinar esta medida numa solução.

Concentração mássica

A concentração mássica indica a massa de soluto que existe por unidade de volume de solução. Esta relação pode ser expressa da seguinte forma:

C_m=\dfrac{m_{\text{soluto}}}{V_\text{solução}}

$C_m$	Concentração mássica ( $g/dm^3$ )
$m_\text{soluto}$	Massa de soluto ( $g$ )
$V_\text{solução}$	Volume de solução ( $dm^3$ )

Exemplo

Já reparaste que nas embalagens de leite são indicadas as quantidades de cada tipo de composto que faz parte da leite? Por exemplo, se uma embalagem indicar que, em média, há $1{,}2 \ mg/dm^3$ de cálcio, isto quer dizer que por cada litro de leite há $1{,}2 \ mg$ de cálcio.

Concentração molar

A concentração molar (ou simplesmente concentração) corresponde à quantidade de soluto por unidade de volume de solução. Pode ser expressa como:

C=\dfrac{n_\text{soluto}}{V_\text{solução}}

$C$	Concentração ( $mol/dm^3$ )
$n_\text{soluto}$	Quantidade de soluto ( $mol$ )
$V_\text{solução}$	Volume de solução ( $dm^3$ )

Exemplo

Calcula a concentração de $1{,}0 \ g$ sódio num volume de $100 \ dm^3$ , sabendo que a sua massa molar é $22{,}99 \ g/mol$ .

Começa por calcular a quantidade de sódio que existe na solução:

$22{,}99 \ g$		$1 \ mol$
$1{,}00 \ g$		$n_{Na}$

$n_{Na}=\frac{1{,}00\times 1}{22{,}99}=0{,}044 \ mol$

A seguir, calcula a sua concentração molar:

$C=\dfrac{0{,}044}{1000}= \underline{4{,}4 \times 10^{-5}} \ mol/dm^3$ 

Percentagem em massa

A percentagem em massa de soluto corresponde à massa de soluto que existe por cada $100 \ g$ de solução, e pode ser expressa como:

\%(m/m)=\frac{m_\text{soluto}}{m_\text{solução}}\times 100

%(m/m)=\frac{m_\text{soluto}}{m_\text{solução}}

$\% (m/m)$	Percentagem em massa de soluto
$m_\text{soluto}$	Massa de soluto
$m_\text{solução}$	Massa de solução

Exemplo

Uma moeda de $5$  cêntimos tem no seu total uma massa de $3{,}92 \ g$ . Se tem $1{,}2\ \%$ de cobre, qual é a massa de cobre que tem a moeda?

Como conheces a quantidade de massa de cobre em $100 \ g$ de moeda:

$100 \ g$		$1{,}2 \ g$
$3{,}92 \ g$		$m_{cobre}$

$\%(m/m)=\frac{1{,}2\times3{,}92}{100}= \underline{0{,}47 } \ g$ de cobre.

Percentagem em volume

A percentagem em volume de soluto corresponde ao volume de soluto que há em cada $100 \ cm^3$ de solução. Expressa-se como:

\%(V/V)=\frac{V_\text{soluto}}{V_\text{solução}}\times 100

$\%(m/V)$	Percentagem em volume de soluto
$V_\text{soluto}$	Volume de soluto
$V_\text{solução}$	Volume de solução

Exemplo

Calcula o volume de álcool etílico que existe numa garrafa de álcool antiséptico de $250 \ cm^3$ , cuja percentagem em volume é $96 \ \%$ .

Como conheces a quantidade de álcool etílico em $100 \ cm^3$ de uma garrafa de álcool antiséptico:

$100 \ cm^3$		$96 \ cm^3$
$250 \ cm^3$		$V_\text{soluto}$

$V_\text{soluto}=\frac{96 \times 250}{100}= \underline{240} \ cm^3$ de álcool etílico.

Percentagem em massa por volume

A percentagem em massa por volume de soluto corresponde à concentração mássica de soluto, expressa sob a forma de percentagem:

\%(m/V)=\frac{m_\text{soluto}}{V_\text{solução}}\times 100

$\%(V/V)$	Percentagem em volume de soluto
$m_\text{soluto}$	Massa de soluto
$V_\text{solução}$	Volume de solução

Nota: Nesta medida de concentração, o volume deve ser expresso em $cm^3$ .

Exemplo

Expressa a concentração mássica de cálcio no leite, $1{,}2 \ mg/dm^3$ , em percentagem em massa por volume.

$\%(m/V)=\frac{1{,}2\times10^{-3}}{1000}\times 100 =1{,}2\times10^{-4} \ \%$ 

Partes por milhão

As partes por milhão são utilizadas em soluções cuja concentração de um determinado soluto é muitíssimo baixa. Calcula-se da mesma forma que as percentagens em massa, em volume e em massa por volume, no entanto, multiplica-se o quociente por $10^6$ e não por $100$ .

Partes por milhão em massa

ppm(m/m)=\frac{m_\text{soluto}}{m_\text{solução}}\times 10^6 \ ppm

$ppm(m/m)$	Partes por milhão em massa
$m_\text{soluto}$	Massa de soluto
$m_\text{solução}$	Massa de solução

Exemplo

Para que a água possa ser distribuída, deve ser analisada previamente para garantir que não existem quantidades elevadas de substâncias tóxicas. No caso do mercúrio, não deve exceder os $5{,}0 \times 10^{-4} \ mg$ por grama de água. Qual é a concentração máxima de mercúrio no controlo da água em $ppm$ ?

Aplica a expressão mostrada anteriormente:

$ppm(m/m)=\frac{5{,}0 \times 10^{-4}}{1\times 10^{3}}\times 10^6= \underline{0{,}5} \ ppm$ de mercúrio

Partes por milhão em volume

ppm(V/V)=\frac{V_\text{soluto}}{V_\text{solução}}\times10^6 \ ppm

$ppm(V/V)$	Partes por milhão em massa
$V_\text{soluto}$	Volume de soluto
$V_\text{solução}$	Volume de solução

Exemplo

A concentração de metano numa amostra de ar seco é $0,0003 \ ppm$ . Qual é o volume em $dm^3$ de metano numa amostra de $2{,}0 \ dm^3$ de ar seco?

$10^6 \ dm^3$ ar		$0{,}0003 \ dm^3$ metano
$2{,}0 \ dm^3$ ar		$V_\text{metano}$

$V_\text{soluto}=\frac{0{,}0003 \times 2{,}0}{10^6}= \underline{6\times 10^{-6}} \ dm^3$ de metano.

PARTES POR MILHÃO EM massa por volume

ppm(m/V)=\frac{m_\text{soluto}}{V_\text{solução}}\times10^6 \ ppm

$ppm(m/V)$	Partes por milhão em massa
$m_\text{soluto}$	Massa de soluto
$V_\text{solução}$	Volume de solução

Exemplo

Um comprimido de $0{,}5 \ mg$ foi dissolvido na corrente sanguínea. Sabendo que um adulto tem cerca de $5 \ L$ de sangue qual a concentração do comprimido, em partes por milhão?

$ppm (m/V)=\frac{0{,}5\times10^{-3}}{5}\times 10^6=\underline{100} \ ppm$

Fração molar

A fração molar é o quociente entre a quantidade de soluto e a quantidade de matéria total de todas as substâncias dentro de uma solução. É calculada pela relação:

x_A={\frac{n_A}{n_\text{total}}}

$x_A$	Fração molar da substância $A$
$n_A$	Quantidade de matéria da substância $A$ ( $mol$ )
$n_\text{total}$	Soma da quantidade de todas as substâncias em solução ( $mol$ )

Exemplo

Tem-se uma amostra de ar composta por $0{,}5 \ mol$ de nitrogénio e uma dada quantidade de oxigénio. Sabendo que o $n_\text{total}=0{,}7 \ mol$ , calcula a fração molar do nitrogénio e do oxigénio.

Começa por aplicar a expressão mostrada anteriormente para calcular a fração molar de nitrogénio:

$x_{N_2}=\frac{0{,}5}{0{,}7}=\underline{0{,}71}$

Como a mistura só tem nitrogénio e oxigénio, pode-se dizer que:

$\begin{aligned}& x_\text{total}=x_{N_2}+x_{O_2}=1\\& x_{O_2}=1-x_{N_2}=1-0{,}71=\underline{0{,}29}\end{aligned}$ 

Poderias também calcular a fração molar de oxigénio da seguinte forma:

$x_{O_2}=\frac{0{,}7-0{,}5}{0{,}7}=\underline{0{,}29}$ 

Logo, a fração molar de nitrogénio e oxigénio é ${0{,}71}$ e ${0{,}29}$ respetivamente.

Fração mássica

A fração mássica é o quociente entre a massa de soluto e a massa total de uma solução. É calculada da seguinte forma:

\omega_A={\frac{m_A}{m_\text{total}}}

$\omega_A$	Fração mássica da substância $A$
$m_A$	Massa da substância $A$ ( $mol$ )
$m_\text{total}$	Massa da solução ( $mol$ )

Exemplo

Qual o volume de uma solução com $2 \ g$ de sulfato de cálcio, cuja fração mássica é $0{,}3$ . A densidade da solução é $1{,}05$ .

Começa por calcular a massa de solução:

$\omega_{soluto}=\frac{m_{soluto}}{m_{solução}}\Leftrightarrow 0{,}3=\frac{2}{m}\Leftrightarrow m=6{,}67 \ g$

Aplica, agora a expressão da massa volúmica:

$\rho=\frac{m_{solução}}{v_{solução}}\Leftrightarrow 1{,}05=\frac{6{,}67}{v}\Leftrightarrow v=\underline{6{,}35} \ cm^3$

Nota: A fração molar e a fração mássica são grandezas adimensionais.