Concentração de soluções químicas em ppm

Para se determinar a concentração de soluções em termos de volume do soluto por volume da solução (V₁/V), ou em termos de massa do soluto por massa da solução (m₁/m), costuma-se utilizar o título (τ).

No entanto, existem casos em que a quantidade de soluto é extremamente pequena, como, por exemplo, a concentração dos poluentes existentes no ar, na terra e na água. Nessas situações, costuma-se usar a unidade partes por milhão, que é representada pela abreviação ppm.

Assim, uma solução de 20 ppm contém 20 gramas do soluto em 1 milhão de gramas da solução.

A relação matemática para a determinação do ppm pode ser dada por:

Se formos trabalhar com soluções gasosas, a concentração em ppm será expressa em volume; mas se estivermos falando de líquidos e sólidos, o ppm será dado em termos de massa.

É importante ressaltar que quando trabalhamos com soluções aquosas, em geral, a massa do soluto é muito pequena, por isso é costumeiro considerar a densidade da solução igual à da água líquida (1,0 g/mL) em trabalhos pouco rigorosos.

Algumas unidades de concentração que equivalem à relação 1 ppm são:

Há casos também em que a solução encontra-se ainda mais diluída e que é necessário expressar a concentração em partes por bilhão (ppb) e em partes por trilhão (ppt). O raciocínio para o trabalho com esses é o mesmo que no caso do ppm.

No cotidiano, o ppm aparece em várias situações. Por exemplo, nos rótulos dos cremes dentais costuma-se indicar a presença de flúor (na forma de algum sal). A embalagem abaixo mostra que esse produto apresenta um teor de flúor (na forma de fluoreto de sódio) de 1400 ppm. Isso significa que em cada 10⁶ partes dessa solução (creme dental) existem 1400 . 10⁶ partes de flúor.

Esse dado é importante por vários motivos. Um deles é que os íons fluoreto podem ajudar a diminuir os casos de cárie. No entanto, crianças menores de 7 anos não podem ingerir regularmente flúor em excesso, porque podem desenvolver fluorose dental, que é uma doença em que os dentes apresentam pequenos pontos brancos parecidos com o aspecto do giz. Crianças que ingerem mais de 0,07 miligrama de íons fluoreto para cada miligrama de sua massa corporal por dia, correm sério risco de ter essa doença.

O ppb também é muito utilizado. Um exemplo é no caso da poluição das águas com metais pesados, como o chumbo. Esses metais apresentam o fenômeno da bioacumulação, isto é, suas concentrações aumentam, progressivamente, ao longo da cadeia alimentar. A água potável deve conter, no máximo, 15 ppb de chumbo, embora constantemente sejam encontradas águas com mais de 100 ppb.

Veja nos exemplos a seguir como trabalhar com o ppm:

Exemplo 1:

“A propanona pura, C₃H₆O, é um líquido volátil, incolor, inflamável, moderadamente tóxico, de sabor adocicado e cheiro agradável. Um ser humano comum pode perceber o cheiro da propanona diluída no ar na concentração mínima de 1,6 ppm. A análise de uma amostra do ar de determinado ambiente revelou que existe 0,00015% em volume de propanona. Uma pessoa, ao entrar no ambiente, irá perceber o odor da propanona?”

Resolução:

Aplicando na fórmula matemática do ppm citada no texto, temos:

1,6 ppm de C₃H₆O = _1,6 mL de C₃H₆O__
                                       1 000 000 mL de ar

Visto que 1000 mL é igual a 1 L e que 1000 L é 1 m³, relacionamos que:

1 000 000 mL = 1 m³

Por isso, podemos substituir esse valor na expressão:

1,6 ppm de C₃H₆O = 1,6 mL de C₃H₆O
                                            1 m³ de ar

Isso nos leva a concluir que cada m³ de ar contém 1,6 mL de C₃H₆O. Agora passamos a concentração para porcentagem da seguinte forma:

1,6 parte de C₃H₆O ------------- 1 000 000 partes de ar
x ------------------------------------ 100 partes de ar

x = 1,6 . 100     →  x = __1,6__     
      1 000 000                10 000

x = 0,00016% de C₃H₆O no ar, em volume.

Como esse valor de 0,00016% está acima da porcentagem de 0,00015% citada no problema, então um ser humano não perceberá o odor da propanona.

Exemplo 2:

“De acordo com a padronização internacional, a água potável não pode conter mais do que 5,0 . 10^-4 mg de mercúrio (Hg) por grama de água. Como essa quantidade máxima permitida de Hg pode ser expressa em ppm?”

Resolução:

ppm = massa do soluto em mg
            massa do solvente em kg

 Então:

ppm = 5,0 . 10^-4 mg = 5,0 . 10^-1 mg/kg = 5,0 . 10^-1 ppm = 0,5 ppm
                   10^-3 kg