Convertidor de concentració
Concentració — De Parts Per Quadrilió a Percentatge
Domineu les unitats de concentració de massa en qualitat de l'aigua, química i ciències ambientals. Des de g/L fins a ppb, entengueu les concentracions de soluts i què signifiquen els números en aplicacions reals.
Fonaments de la Concentració
Què és la Concentració?
La concentració mesura la quantitat de solut que es dissol en una solució. Concentració de massa = massa de solut ÷ volum de la solució. 100 mg de sal en 1 L d'aigua = 100 mg/L de concentració. Valors més alts = solució més forta.
- Concentració = massa/volum
- g/L = grams per litre (base)
- mg/L = mil·ligrams per litre
- Número més alt = més solut
Concentració de Massa
Concentració de massa: massa de solut per volum. Unitats: g/L, mg/L, µg/L. Directa i sense ambigüitats. 1 g/L = 1000 mg/L = 1.000.000 µg/L. S'utilitza en qualitat de l'aigua, química clínica i monitoratge ambiental.
- g/L = grams per litre
- mg/L = mil·ligrams per litre
- µg/L = micrograms per litre
- Mesura directa, sense ambigüitat
ppm i Percentatge
ppm (parts per milió) ≈ mg/L per a l'aigua. ppb (parts per mil milions) ≈ µg/L. Percentatge p/v: 10% = 100 g/L. Fàcil d'entendre però dependent del context. Comú en proves de qualitat de l'aigua.
- 1 ppm ≈ 1 mg/L (aigua)
- 1 ppb ≈ 1 µg/L (aigua)
- 10% p/v = 100 g/L
- Context: solucions aquoses
- Concentració de massa = massa/volum
- 1 g/L = 1000 mg/L = 1.000.000 µg/L
- 1 ppm ≈ 1 mg/L (per a l'aigua)
- 10% p/v = 100 g/L
Explicació dels Sistemes d'Unitats
Concentració de Massa SI
Unitats estàndard: g/L, mg/L, µg/L, ng/L. Clares i sense ambigüitats. Cada prefix = escala ×1000. Universal en química, ciències ambientals i proves clíniques.
- g/L = unitat base
- mg/L = mil·ligrams per litre
- µg/L = micrograms per litre
- ng/L, pg/L per a anàlisi de traces
Unitats de Qualitat de l'Aigua
ppm, ppb, ppt s'utilitzen habitualment. Per a solucions aquoses diluïdes: 1 ppm ≈ 1 mg/L, 1 ppb ≈ 1 µg/L. L'EPA utilitza mg/L i µg/L per als estàndards. L'OMS utilitza ppm per simplicitat.
- ppm = parts per milió
- ppb = parts per mil milions
- Vàlid per a solucions aquoses diluïdes
- Estàndards de l'EPA en mg/L, µg/L
Duresa de l'Aigua
S'expressa com a equivalent de CaCO₃. Unitats: gpg (grans per galó), °fH (francesos), °dH (alemanys), °e (anglesos). Totes es converteixen a mg/L com a CaCO₃. Estàndard per al tractament d'aigües.
- gpg: duresa de l'aigua als EUA
- °fH: graus francesos
- °dH: graus alemanys
- Tot com a equivalent de CaCO₃
La Ciència de la Concentració
Fórmules Clau
Concentració = massa/volum. C = m/V. Unitats: g/L = kg/m³. Conversió: multipliqueu per 1000 per a mg/L, per 1.000.000 per a µg/L. ppm ≈ mg/L per a l'aigua (densitat ≈ 1 kg/L).
- C = m/V (concentració)
- 1 g/L = 1000 mg/L
- 1 mg/L ≈ 1 ppm (aigua)
- %p/v: massa% = (g/100mL)
Dilució
Fórmula de dilució: C1V1 = C2V2. Concentració inicial x volum = concentració final x volum. 10 mL de 100 mg/L diluïts a 100 mL = 10 mg/L. Conservació de la massa.
- C1V1 = C2V2 (dilució)
- Massa conservada en la dilució
- Exemple: 10x100 = 1x1000
- Útil per a la preparació de laboratori
Solubilitat
Solubilitat = concentració màxima. Dependent de la temperatura. NaCl: 360 g/L a 20°C. Sucre: 2000 g/L a 20°C. Superar la solubilitat → precipitació.
- Solubilitat = màx. concentració
- Dependent de la temperatura
- Sobresaturació possible
- Superar → precipitat
Punts de Referència de Concentració
| Substància/Estàndard | Concentració | Context | Notes |
|---|---|---|---|
| Detecció de traces | 1 pg/L | Ultra-traces | Química analítica avançada |
| Traces farmacèutiques | 1 ng/L | Ambiental | Contaminants emergents |
| Límit d'arsènic de l'EPA | 10 µg/L | Aigua potable | 10 ppb màxim |
| Acció sobre el plom de l'EPA | 15 µg/L | Aigua potable | Nivell d'acció de 15 ppb |
| Clor de piscina | 1-3 mg/L | Piscina | 1-3 ppm típic |
| Solució salina | 9 g/L | Mèdic | 0,9% NaCl, fisiològic |
| Salinitat de l'aigua de mar | 35 g/L | Oceà | 3,5% de mitjana |
| Sal saturada | 360 g/L | Química | NaCl a 20°C |
| Solució de sucre | 500 g/L | Alimentació | Xarop al 50% p/v |
| Àcid concentrat | 1200 g/L | Reagent de laboratori | HCl conc. (~37%) |
Estàndards Comuns de l'Aigua
| Contaminant | MCL de l'EPA | Guia de l'OMS | Unitats |
|---|---|---|---|
| Arsènic | 10 | 10 | µg/L (ppb) |
| Plom | 15* | 10 | µg/L (ppb) |
| Mercuri | 2 | 6 | µg/L (ppb) |
| Nitrat (com a N) | 10 | 50 | mg/L (ppm) |
| Fluorur | 4.0 | 1.5 | mg/L (ppm) |
| Crom | 100 | 50 | µg/L (ppb) |
| Coure | 1300 | 2000 | µg/L (ppb) |
Aplicacions al Món Real
Qualitat de l'Aigua
Estàndards d'aigua potable: límits de l'EPA per a contaminants. Plom: 15 µg/L (15 ppb) nivell d'acció. Arsènic: 10 µg/L (10 ppb) màxim. Nitrat: 10 mg/L (10 ppm) màxim. Crític per a la salut pública.
- Plom: <15 µg/L (EPA)
- Arsènic: <10 µg/L (OMS)
- Nitrat: <10 mg/L
- Clor: 0,2-2 mg/L (tractament)
Química Clínica
Anàlisis de sang en g/dL o mg/dL. Glucosa: 70-100 mg/dL normal. Colesterol: <200 mg/dL desitjable. Hemoglobina: 12-16 g/dL. El diagnòstic mèdic es basa en rangs de concentració.
- Glucosa: 70-100 mg/dL
- Colesterol: <200 mg/dL
- Hemoglobina: 12-16 g/dL
- Unitats: g/dL, mg/dL comuns
Monitoratge Ambiental
Qualitat de l'aire: PM2.5 en µg/m³. Contaminació del sòl: mg/kg. Aigües superficials: ng/L per a traces orgàniques. Nivells de ppb i ppt per a pesticides, productes farmacèutics. Es requereix una detecció ultra-sensible.
- PM2.5: <12 µg/m³ (OMS)
- Pesticides: ng/L a µg/L
- Metalls pesants: rang de µg/L
- Traces orgàniques: ng/L a pg/L
Matemàtiques Ràpides
Conversions d'Unitats
g/L × 1000 = mg/L. mg/L × 1000 = µg/L. Ràpid: cada prefix = escala ×1000. 5 mg/L = 5000 µg/L.
- g/L → mg/L: ×1000
- mg/L → µg/L: ×1000
- µg/L → ng/L: ×1000
- Passos simples de ×1000
ppm i Percentatge
Per a l'aigua: 1 ppm = 1 mg/L. 1% p/v = 10 g/L = 10.000 ppm. 100 ppm = 0,01%. Percentatge ràpid!
- 1 ppm = 1 mg/L (aigua)
- 1% = 10.000 ppm
- 0,1% = 1.000 ppm
- 0,01% = 100 ppm
Dilució
C1V1 = C2V2. Per diluir 10x, el volum final és 10x més gran. 100 mg/L diluïts 10x = 10 mg/L. Fàcil!
- C1V1 = C2V2
- Diluir 10x: V2 = 10V1
- C2 = C1/10
- Exemple: 100 mg/L a 10 mg/L
Com Funcionen les Conversions
- Pas 1: Font → g/L
- Pas 2: g/L → objectiu
- ppm ≈ mg/L (aigua)
- %p/v: g/L = % × 10
- Duresa: mitjançant CaCO₃
Conversions Comuns
| De | A | × | Exemple |
|---|---|---|---|
| g/L | mg/L | 1000 | 1 g/L = 1000 mg/L |
| mg/L | µg/L | 1000 | 1 mg/L = 1000 µg/L |
| mg/L | ppm | 1 | 1 mg/L ≈ 1 ppm (aigua) |
| µg/L | ppb | 1 | 1 µg/L ≈ 1 ppb (aigua) |
| %p/v | g/L | 10 | 10% = 100 g/L |
| g/L | g/mL | 0.001 | 1 g/L = 0.001 g/mL |
| g/dL | g/L | 10 | 10 g/dL = 100 g/L |
| mg/dL | mg/L | 10 | 100 mg/dL = 1000 mg/L |
Exemples Ràpids
Problemes Resolts
Prova de Plom a l'Aigua
Una mostra d'aigua té 12 µg/L de plom. És segura (nivell d'acció de l'EPA: 15 µg/L)?
12 µg/L < 15 µg/L. Sí, per sota del nivell d'acció de l'EPA. També s'expressa com 12 ppb < 15 ppb. Segura!
Càlcul de Dilució
Diluïu 50 mL de 200 mg/L a 500 mL. Concentració final?
C1V1 = C2V2. (200)(50) = C2(500). C2 = 10.000/500 = 20 mg/L. Dilució 10x!
Solució Salina
Feu una solució salina al 0,9%. Quants grams de NaCl per litre?
0,9% p/v = 0,9 g per 100 mL = 9 g per 1000 mL = 9 g/L. Salina fisiològica!
Errors Comuns
- **Ambigüitat de ppm**: ppm pot ser p/p, v/v o p/v! Per a l'aigua, ppm ≈ mg/L (assumeix densitat = 1). No és vàlid per a olis, alcohols, solucions concentrades!
- **Molar ≠ massa**: No es pot convertir g/L a mol/L sense el pes molecular! NaCl: 58,44 g/mol. Glucosa: 180,16 g/mol. Diferent!
- **% p/p vs % p/v**: 10% p/p ≠ 100 g/L (necessita la densitat de la solució). Només % p/v es converteix directament! 10% p/v = 100 g/L exactament.
- **Unitats de mg/dL**: Les proves mèdiques sovint utilitzen mg/dL, no mg/L. 100 mg/dL = 1000 mg/L. Un factor de 10 de diferència!
- **Duresa de l'aigua**: S'expressa com a CaCO3 tot i que els ions reals són Ca2+ i Mg2+. Convenció estàndard per a la comparació.
- **ppb vs ppt**: Als EUA, 'billion' = 10^9 (mil milions). Al Regne Unit (antic), 'billion' = 10^12 (bilió). Utilitzeu ppb (10^-9) per evitar confusions. ppt = 10^-12.
Curiositats
La Salinitat de l'Oceà és de 35 g/L
L'aigua de mar conté ~35 g/L de sals dissoltes (3,5% de salinitat). Principalment NaCl, però també Mg, Ca, K, SO4. Mar Morta: 280 g/L (28%), tan salada que hi flotes! Gran Llac Salat: 50-270 g/L depenent del nivell de l'aigua.
ppm es Remunta als Anys 50
ppm (parts per milió) es va popularitzar als anys 50 per a la contaminació de l'aire i la qualitat de l'aigua. Abans d'això, s'utilitzava % o g/L. Ara és estàndard per a contaminants traça. Fàcil d'entendre: 1 ppm = 1 gota en 50 litres!
Rang Normal de Glucosa en Sang
Glucosa en sang en dejú: 70-100 mg/dL (700-1000 mg/L). Això és només el 0,07-0,1% del pes de la sang! La diabetis es diagnostica a >126 mg/dL. Petits canvis importen—regulació estricta per insulina/glucagó.
Clor a les Piscines: 1-3 ppm
Clor de piscina: 1-3 mg/L (ppm) per a la desinfecció. Més alt = irritació als ulls. Més baix = creixement de bacteris. Jacuzzis: 3-5 ppm (més càlid = més bacteris). Poca concentració, gran efecte!
Classificacions de Duresa de l'Aigua
Tova: <60 mg/L CaCO3. Moderada: 60-120. Dura: 120-180. Molt dura: >180 mg/L. L'aigua dura causa incrustacions de calç i consumeix més sabó. L'aigua tova és millor per rentar, però pot corroir les canonades!
Nivell d'Acció de l'EPA per al Plom: 15 ppb
Nivell d'acció de l'EPA per al plom: 15 µg/L (15 ppb) en aigua potable. Es va reduir de 50 ppb el 1991. No hi ha un nivell segur de plom! Crisi de Flint, Michigan: els nivells van arribar a 4000 ppb en els pitjors casos. Tràgic.
L'Evolució de la Mesura de la Concentració
Des de la Gran Pudor de Londres fins a la detecció moderna de traces a parts per quadrilió, la mesura de la concentració ha evolucionat juntament amb la salut pública, les ciències ambientals i la química analítica.
1850s - 1900s
La Gran Pudor de Londres de 1858 —quan les olors de les aigües residuals del Tàmesi van tancar el Parlament— va catalitzar els primers estudis sistemàtics de la qualitat de l'aigua. Les ciutats van començar a fer proves químiques rudimentàries per a la contaminació.
Els primers mètodes eren qualitatius o semi-quantitatius: color, olor i proves de precipitació aproximades. La revolució de la teoria dels gèrmens (Pasteur, Koch) va impulsar la demanda de millors estàndards de l'aigua.
- 1858: La Gran Pudor obliga Londres a construir clavegueram modern
- 1890s: Primeres proves químiques per a la duresa, l'alcalinitat i el clorur
- Unitats: grans per galó (gpg), parts per 10.000
1900s - 1950s
La cloració de l'aigua (primera planta als EUA: Jersey City, 1914) requeria una dosificació precisa: massa poc no desinfectava, massa era tòxic. Això va impulsar l'adopció de mg/L (parts per milió) com a unitat estàndard.
L'espectrofotometria i els mètodes titrimètrics van permetre una mesura precisa de la concentració. Les agències de salut pública van establir límits d'aigua potable en mg/L.
- 1914: El clor es dosifica a 0,5-2 mg/L per a la desinfecció
- 1925: El Servei de Salut Pública dels EUA estableix els primers estàndards de l'aigua
- mg/L i ppm esdevenen intercanviables per a solucions aquoses diluïdes
1960s - 1980s
Primavera Silenciosa (1962) i les crisis ambientals (incendi del riu Cuyahoga, Love Canal) van estimular la regulació de pesticides, metalls pesants i contaminants industrials a nivells de µg/L (ppb).
L'espectroscòpia d'absorció atòmica (AAS) i la cromatografia de gasos (GC) van permetre la detecció per sota d'1 µg/L. La Llei d'Aigua Potable Segura de l'EPA (1974) va establir Nivells Màxims de Contaminants (MCLs) en µg/L.
- 1974: La Llei d'Aigua Potable Segura crea estàndards nacionals de MCL
- 1986: Prohibició del plom; el nivell d'acció es fixa en 15 µg/L (15 ppb)
- 1996: El límit d'arsènic es redueix de 50 a 10 µg/L
1990s - Present
Els instruments moderns LC-MS/MS i ICP-MS detecten productes farmacèutics, PFAS i disruptors endocrins a nivells de ng/L (ppt) i fins i tot pg/L (ppq).
La crisi de l'aigua de Flint (2014-2016) va exposar errors: el plom va arribar a 4000 ppb (267 vegades el límit de l'EPA). L'OMS i l'EPA actualitzen contínuament les directrius a mesura que millora la sensibilitat analítica.
- 2000s: Els 'químics per sempre' PFAS es detecten a nivells de ng/L
- 2011: L'OMS actualitza les directrius per a més de 100 contaminants
- 2020s: Detecció rutinària a pg/L; nous reptes en microplàstics i nanomaterials
Consells Professionals
- **ppm ràpid**: per a l'aigua, 1 ppm = 1 mg/L. Conversió fàcil!
- **% a g/L**: %p/v x 10 = g/L. 5% = 50 g/L.
- **Dilució**: C1V1 = C2V2. Multipliqueu concentració x volum per comprovar.
- **mg/dL a mg/L**: Multipliqueu per 10. Les unitats mèdiques necessiten conversió!
- **ppb = ppm x 1000**: cada pas = x1000. 5 ppm = 5000 ppb.
- **Duresa**: gpg x 17,1 = mg/L com a CaCO3. Conversió ràpida!
- **Notació científica automàtica**: Valors < 0,000001 g/L o > 1.000.000 g/L es mostren en notació científica per a una millor llegibilitat (essencial per a l'anàlisi de traces a nivells de ppq/pg!)
Referència d'Unitats
Concentració màssica
| Unitat | Símbol | g/L | Notes |
|---|---|---|---|
| gram per litre | g/L | 1 g/L (base) | Unitat base; grams per litre. Estàndard per a la química. |
| mil·ligram per litre | mg/L | 1.0000 mg/L | Mil·ligrams per litre; 1 g/L = 1000 mg/L. Comú en qualitat de l'aigua. |
| microgram per litre | µg/L | 1.0000 µg/L | Micrograms per litre; nivells de contaminants traça. Estàndards de l'EPA. |
| nanogram per litre | ng/L | 1.000e-9 g/L | Nanograms per litre; anàlisi d'ultra-traces. Contaminants emergents. |
| picogram per litre | pg/L | 1.000e-12 g/L | Picograms per litre; química analítica avançada. Recerca. |
| quilogram per litre | kg/L | 1000.0000 g/L | Quilograms per litre; solucions concentrades. Industrial. |
| quilogram per metre cúbic | kg/m³ | 1 g/L (base) | Quilograms per metre cúbic; igual que g/L. Unitat SI. |
| gram per metre cúbic | g/m³ | 1.0000 mg/L | Grams per metre cúbic; qualitat de l'aire (PM). Ambiental. |
| mil·ligram per metre cúbic | mg/m³ | 1.0000 µg/L | Mil·ligrams per metre cúbic; estàndards de contaminació de l'aire. |
| microgram per metre cúbic | µg/m³ | 1.000e-9 g/L | Micrograms per metre cúbic; mesures de PM2.5, PM10. |
| gram per mil·lilitre | g/mL | 1000.0000 g/L | Grams per mil·lilitre; solucions concentrades. Ús de laboratori. |
| mil·ligram per mil·lilitre | mg/mL | 1 g/L (base) | Mil·ligrams per mil·lilitre; igual que g/L. Productes farmacèutics. |
| microgram per mil·lilitre | µg/mL | 1.0000 mg/L | Micrograms per mil·lilitre; igual que mg/L. Mèdic. |
| gram per decilitre | g/dL | 10.0000 g/L | Grams per decilitre; proves mèdiques (hemoglobina). Clínic. |
| mil·ligram per decilitre | mg/dL | 10.0000 mg/L | Mil·ligrams per decilitre; glucosa en sang, colesterol. Mèdic. |
Percentatge (massa/volum)
| Unitat | Símbol | g/L | Notes |
|---|---|---|---|
| percentatge massa/volum (%w/v) | %w/v | 10.0000 g/L | %p/v; 10% = 100 g/L. Conversió directa, sense ambigüitats. |
Parts per (ppm, ppb, ppt)
| Unitat | Símbol | g/L | Notes |
|---|---|---|---|
| parts per milió | ppm | 1.0000 mg/L | Parts per milió; mg/L per a l'aigua. Assumeix densitat = 1 kg/L. |
| parts per bilió | ppb | 1.0000 µg/L | Parts per mil milions; µg/L per a l'aigua. Contaminants traça. |
| parts per trilió | ppt | 1.000e-9 g/L | Parts per trilió; ng/L per a l'aigua. Nivells d'ultra-traces. |
| parts per quadrilió | ppq | 1.000e-12 g/L | Parts per quadrilió; pg/L. Detecció avançada. |
Duresa de l'aigua
| Unitat | Símbol | g/L | Notes |
|---|---|---|---|
| gra per galó (duresa de l'aigua) | gpg | 17.1200 mg/L | Grans per galó; duresa de l'aigua als EUA. 1 gpg = 17,1 mg/L CaCO3. |
| graus francesos (°fH) | °fH | 10.0000 mg/L | Graus francesos (fH); 1 fH = 10 mg/L CaCO3. Estàndard europeu. |
| graus alemanys (°dH) | °dH | 17.8300 mg/L | Graus alemanys (dH); 1 dH = 17,8 mg/L CaCO3. Europa Central. |
| graus anglesos (°e) | °e | 14.2700 mg/L | Graus anglesos (e); 1 e = 14,3 mg/L CaCO3. Estàndard del Regne Unit. |
Preguntes Freqüents
Quina és la diferència entre ppm i mg/L?
Per a solucions aquoses diluïdes (com l'aigua potable), 1 ppm ≈ 1 mg/L. Això assumeix que la densitat de la solució = 1 kg/L (com l'aigua pura). Per a altres dissolvents o solucions concentrades, ppm i mg/L difereixen perquè la densitat ≠ 1. ppm és una relació massa/massa o volum/volum; mg/L és massa/volum. Utilitzeu sempre mg/L per a més precisió!
Per què no puc convertir g/L a mol/L?
g/L (concentració de massa) i mol/L (concentració molar) són quantitats diferents. La conversió requereix el pes molecular: mol/L = (g/L) / (PM en g/mol). Exemple: 58,44 g/L de NaCl = 1 mol/L. Però 58,44 g/L de glucosa = 0,324 mol/L (PM diferent). Cal conèixer la substància!
Què significa %p/v?
%p/v = percentatge pes/volum = grams per 100 mL. 10% p/v = 10 g per 100 mL = 100 g per 1000 mL = 100 g/L. Conversió directa! Diferent de %p/p (pes/pes, necessita densitat) i %v/v (volum/volum, necessita ambdues densitats). Especifiqueu sempre a quin % us referiu!
Com dilueixo una solució?
Utilitzeu C1V1 = C2V2. C1 = concentració inicial, V1 = volum inicial, C2 = concentració final, V2 = volum final. Exemple: diluïu 100 mg/L 10 vegades. C2 = 10 mg/L. Necessiteu V1 = 10 mL, V2 = 100 mL. Afegiu 90 mL de dissolvent a 10 mL de concentrat.
Per què la duresa de l'aigua es mesura com a CaCO3?
La duresa de l'aigua prové dels ions Ca2+ i Mg2+, però els diferents pesos atòmics dificulten la comparació directa. La conversió a l'equivalent de CaCO3 proporciona una escala estàndard. 1 mmol/L de Ca2+ = 100 mg/L com a CaCO3. 1 mmol/L de Mg2+ = 100 mg/L com a CaCO3. Una comparació justa malgrat els diferents ions reals!
Quina concentració es considera una traça?
Depèn del context. Qualitat de l'aigua: rang de µg/L (ppb) a ng/L (ppt). Ambiental: de ng/L a pg/L. Clínic: sovint de ng/mL a µg/mL. 'Traça' generalment significa <1 mg/L. Ultra-traça: <1 µg/L. Els instruments moderns detecten femtograms (fg) en la recerca!
Directori Complet d'Eines
Totes les 71 eines disponibles a UNITS