Массовая концентрация (химия) - Mass concentration (chemistry)

В химии , то массовая концентрация ρ _I (или γ _I ) определяется как масса учредительного м _я деленное на объем смесительного V .

${\ displaystyle \ rho _ {i} = {\ frac {m_ {i}} {V}}}$

Для чистого химического вещества массовая концентрация равна его плотности (масса, деленная на объем); таким образом, массовую концентрацию компонента в смеси можно назвать плотностью компонента в смеси. Это объясняет использование ρ (строчная греческая буква ро ), символа, который чаще всего используется для обозначения плотности.

Определение и свойства

Объем V в определении относится к объему раствора, а не к объему растворителя . Один литр раствора обычно содержит чуть больше или чуть меньше 1 литра растворителя, потому что процесс растворения вызывает увеличение или уменьшение объема жидкости. Иногда массовую концентрацию называют титром .

Обозначение

Обозначения, общие для массовой плотности, подчеркивают связь между двумя величинами (массовая концентрация - это массовая плотность компонента в растворе), но это может быть источником путаницы, особенно когда они появляются в одной и той же формуле без дополнительных символов. (например, надстрочный знак звезды, жирный символ или варро ).

Зависимость от объема

Массовая концентрация зависит от изменения объема раствора в основном из-за теплового расширения. На малых интервалах температуры зависимость такова:

${\ displaystyle \ rho _ {i} = {\ frac {\ rho _ {i \ left (T_ {0} \ right)}} {1+ \ alpha \ Delta T}}}$

где ρ _{i ( T 0 )} - массовая концентрация при эталонной температуре, α - коэффициент теплового расширения смеси.

Сумма массовых концентраций - нормирующее соотношение

Сумма массовых концентраций всех компонентов (включая растворитель) дает плотность раствора ρ :

${\ Displaystyle \ rho = \ сумма _ {я} \ rho _ {я} \,}$

Таким образом, для чистого компонента массовая концентрация равна плотности чистого компонента.

Единицы

СИ-модуль для массовой концентрации в кг / м ³ ( кг / куб.м ). Это то же самое, что и мг / мл и г / л. Другой часто используемой единицей является г / (100 мл), что идентично г / дл ( грамм / децилитр ).

Использование в биологии

В биологии символ « % » иногда неправильно используется для обозначения массовой концентрации, также называемой «процентная доля массы / объема». Раствор с 1 г растворенного вещества, растворенного в конечном объеме 100 мл раствора , будет обозначен как «1%» или «1% m / v» (масса / объем). Обозначения математически некорректны, поскольку единица « % » может использоваться только для безразмерных величин. «Процентный раствор» или «процентный раствор», таким образом, лучше всего подходят для «массовых процентов растворов» (m / m = m% = масса растворенного вещества / масса общего раствора после смешивания) или «объемных процентов растворов» (v / v = v % = объем растворенного вещества на объем всего раствора после смешивания). Иногда продолжают встречаться очень неоднозначные термины «процентное решение» и «процентное решение» без каких-либо других квалификаторов.

Это обычное использование% для обозначения m / v в биологии связано с тем, что многие биологические растворы являются разбавленными и основанными на воде или водном растворе . Жидкая вода имеет плотность примерно 1 г / см ³ (1 г / мл). Таким образом, 100 мл воды составляет примерно 100 г. Следовательно, раствор с 1 г растворенного вещества, растворенного в конечном объеме 100 мл водного раствора, также можно рассматривать как 1% м / м (1 г растворенного вещества в 99 г воды). Это приближение не работает при увеличении концентрации растворенного вещества (например, в смесях вода – NaCl ). Высокие концентрации растворенных веществ часто не имеют значения с физиологической точки зрения, но иногда встречаются в фармакологии, где все еще иногда встречается обозначение массы на объем. Крайним примером является насыщенный раствор йодида калия (SSKI), который достигает 100% масс. Концентрации йодида калия (1 грамм KI на 1 мл раствора) только потому, что растворимость плотной соли KI в воде чрезвычайно высока, и Полученный раствор очень густой (в 1,72 раза плотнее воды).

Хотя есть примеры обратного, следует подчеркнуть, что обычно используемые «единицы»% мас. / Об. - это граммы на миллилитр (г / мл). Растворы с 1% масс. / Об. Иногда рассматриваются как грамм / 100 мл, но это умаляет тот факт, что% масс / об - это г / мл; 1  г воды имеет объем примерно 1 мл (при стандартной температуре и давлении), а массовая концентрация составляет 100%. Чтобы приготовить 10 мл водного 1% раствора холата , 0,1 г холата растворяют в 10  мл воды. Мерные колбы являются наиболее подходящей стеклянной посудой для этой процедуры, так как отклонения от идеального поведения раствора могут возникать при высоких концентрациях растворенных веществ.

В растворах массовая концентрация обычно выражается как отношение масса / [объем раствора] или м / об. В водных растворах, содержащих относительно небольшие количества растворенного вещества (как в биологии), такие цифры можно «процентифицировать», умножив на 100 соотношение граммов растворенного вещества на мл раствора. Результат выражается как «процент массы / объема». Такое соглашение выражает массовую концентрацию 1 грамма растворенного вещества в 100 мл раствора как «1 м / об%».

Связанные количества

Плотность чистого компонента

Связь между массовой концентрацией и плотностью чистого компонента (массовая концентрация однокомпонентных смесей):

${\ displaystyle \ rho _ {i} = \ rho _ {i} ^ {*} {\ frac {V_ {i}} {V}} \,}$

где ρ^*
_Я- плотность чистого компонента, V _i - объем чистого компонента перед смешиванием.

Удельный объем (или удельный массовый объем)

Удельный объем является обратной величиной массовой концентрации только в случае чистых веществ, для которых массовая концентрация равна плотности чистого вещества:

${\ displaystyle \ nu = {\ frac {V} {m}} \ = {\ frac {1} {\ rho}}}$

Молярная концентрация

Преобразование в молярную концентрацию c _i определяется как:

${\ displaystyle c_ {i} = {\ frac {\ rho _ {i}} {M_ {i}}}}$

где M _i - молярная масса компонента i .

Массовая доля

Преобразование в массовую долю w _i определяется как:

${\ displaystyle w_ {i} = {\ frac {\ rho _ {i}} {\ rho}}}$

Мольная доля

Преобразование в мольную долю x _i определяется как:

${\ displaystyle x_ {i} = {\ frac {\ rho _ {i}} {\ rho}} {\ frac {M} {M_ {i}}}}$

где M - средняя молярная масса смеси.

Моляльность

Для бинарных смесей преобразование в моляльность b _i определяется как:

${\ displaystyle b_ {i} = {\ frac {\ rho _ {i}} {M_ {i} (\ rho - \ rho _ {i})}}}$

Пространственная вариация и градиент

Различные значения (массовой и молярной) концентрации в пространстве вызывают явление диффузии .

использованная литература