Il mondo della scienza è pieno di modi diversi per esprimere il concetto vitale di concentrazione, che è la quantità di qualcosa presente per unità di volume. Questa "quantità" ha spesso unità di massa ma può includere praticamente tutto ciò che può essere quantificato: particelle di gas, fotoni e altro.
Il volume in questione è spesso a soluzione, che coinvolge una sostanza (chiamata a soluto in questo contesto) disciolto in un liquido (chiamato a solvente).
Quando il solido si dissolve in un solvente per creare una soluzione, la concentrazione della soluzione può essere espressa in vari modi. Ciò si riferisce al fatto che le sostanze chimiche reagiscono tra loro non sulla base della massa ma sulla base del rapporto tra i singoli "pezzi", indipendentemente dalle dimensioni.
Il concetto di moli ed equivalenti, e quindi millimoli e milliequivalenti, è alla base di questa relazione ed è di vitale importanza in medicina e farmacologia clinica.
Moli e peso molecolare
In un esempio di una semplice reazione chimica, un atomo di potassio (K) può reagire con un atomo di cloro (Cl) per formare una molecola di cloruro di potassio (KCl) senza alcun residuo. Ma questo non è perché gli atomi di potassio e gli atomi di cloro hanno la stessa massa. Invece, è perché K e Cl reagiscono in un rapporto molare 1 a 1.
UN Talpa consiste di 6.02 × 10 ×23 "pezzi" irriducibili (atomi o molecole) di una sostanza. Ogni elemento è massa molare, o la massa di una singola mole in grammi è data nella tavola periodica degli elementi (vedi le risorse per una versione online). Ad esempio, il carbonio ha 12,11 g. Ciò significa che una mole (1 mol) di atomi di C ha una massa di 12,011 g.
Poiché gli atomi diventano più massicci man mano che ci si sposta da numeri atomici inferiori a quelli superiori nella tavola periodica, le masse molari variano enormemente, con quella dell'uranio che è oltre 200 volte quella dell'idrogeno.
Talpe ed equivalenti
L'unità equivalente è stata introdotta per tenere conto del fatto che quando i soluti si dissolvono nel solvente per creare una soluzione, il numero di particelle disperse dipende dalla valenza del soluto. Ad esempio, quando una molecola di KCl si dissolve, lascia due ioni, o particelle cariche - un K+ ione e un Cl- ione. Ciò significa che KCl ha valenza 2.
Allo stesso modo, CaCl2 si separa in tre ioni per molecola di soluto (1 Ca+ e 2 Cl-) e quindi ha valenza 3. Questo porta alla definizione di un equivalente, o specificamente a milliequivalente:
mEq = \dfrac{(massa)(valenza)}{MW}
Questa equazione presuppone che sia la massa che il MW, o peso molecolare (uguale alla massa molare ma applicato alle molecole anziché ai singoli atomi), siano dati in milligrammi.
Equivalenti per litro è quindi un'unità di concentrazione, ma l'unità più comunemente vista in tutta la chimica è il mEq/L.
Esempi di mEq/L
1. Quanti mEq di potassio ci sono in 750 mL di soluzione che ha una concentrazione di K+ di 58,65 mg/L? (Nota: la massa molare del potassio, indicata nella tavola periodica, è 39,1 g/mol.)
- Innanzitutto, è necessaria la massa totale di potassio in questa soluzione, che si ottiene moltiplicando la concentrazione in mg/L per il volume della soluzione in litri:
(78,2 mg/l) (0,75 l) = 58,65 mg
Dall'equazione di cui sopra, e con la valenza del potassio elementare pari a 1, si ha mEq = [(58,65 mg)(1)]/39,1 mg/mmol = 1,5 mEq.
Una soluzione contiene 30 mg di NaCl (sale da cucina) per 400 mL di soluzione. Esprimi la soluzione in milliequivalenti per litro (mEq/L). (Nota: il peso molecolare di NaCl è 58,44 g/mol.)
- Questa volta, il soluto ha valenza 2, poiché NaCl si separa in Na+ e Cl-. L'equazione per ottenere mEq è quindi [(30 mg)(2)]/(58,44 mg/mmol) = 1,027 mEq.
Poiché ci sono 400 mL = 0,4 L, la concentrazione in mEq/L è quindi 1,027/0,4 = 2,567 mEq/L.