Концентрация

В химии , концентрация является обилие компонента , деленное на общий объем смеси. Можно выделить несколько типов математического описания: массовая концентрация , молярная концентрация , числовая концентрация и объемная концентрация . ^[1] Концентрация может быть любой химической смесью, но чаще всего это растворенные вещества и растворители в растворах . Молярная (количественная) концентрация имеет варианты, такие как нормальная концентрация и осмотическая концентрация .

Качественное описание [ править ]

Эти стекла, содержащие красный краситель, демонстрируют качественные изменения концентрации. Растворы слева более разбавленные по сравнению с более концентрированными растворами справа.

Часто на неформальном, нетехническом языке, концентрация описывается качественным образом с использованием таких прилагательных, как «разбавленный» для растворов относительно низкой концентрации и «концентрированный» для растворов относительно высокой концентрации. Чтобы сконцентрировать раствор, нужно добавить больше растворенного вещества (например, спирта) или уменьшить количество растворителя (например, воды). Напротив, чтобы разбавить раствор, нужно добавить больше растворителя или уменьшить количество растворенного вещества. Если два вещества не смешиваются , существует концентрация, при которой растворенное вещество не растворяется в растворе. В этот момент говорят, что раствор насыщен.. Если к насыщенному раствору добавить дополнительное растворенное вещество, оно не будет растворяться, за исключением определенных обстоятельств, когда может произойти перенасыщение . Вместо этого произойдет разделение фаз , что приведет к сосуществованию фаз, полностью разделенных или смешанных в виде суспензии . Точка насыщения зависит от многих переменных, таких как температура окружающей среды и точная химическая природа растворителя и растворенного вещества.

Концентрации часто называют уровни , отражающие ментальную схему из уровней на вертикальной оси в виде графика , который может быть высокой или низкой (например, «высокие сывороточные уровни билирубина» являются концентрации билирубина в сыворотке крови , которые больше , чем обычно ).

Количественное обозначение [ править ]

Есть четыре величины, описывающие концентрацию:

Массовая концентрация [ править ]

Массовая концентрация определяется как масса компонента, деленная на объем смеси :${\ displaystyle \ rho _ {я}}$${\ displaystyle m_ {i}}$${\ displaystyle V}$

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

Единица СИ является кг / м ³ (равно г / л).

Молярная концентрация [ править ]

Молярная концентрация определяется как количество составляющего (в молях), деленное на объем смеси :${\ displaystyle c_ {i}}$${\ displaystyle n_ {i}}$${\ displaystyle V}$

${\ displaystyle c_ {i} = {\ frac {n_ {i}} {V}}.}$

Единица СИ является моль / м ³ . Однако чаще используется единица измерения моль / л (= моль / дм ³ ).

Числовая концентрация [ править ]

Числовая концентрация определяется как количество составляющих компонента в смеси, деленное на объем смеси :${\ displaystyle C_ {i}}$${\ displaystyle N_ {i}}$${\ displaystyle V}$

${\ displaystyle C_ {i} = {\ frac {N_ {i}} {V}}.}$

Единица СИ равен 1 / м ³ .

Объемная концентрация [ править ]

Объемная концентрация (не следует путать с объемной доли ^[2] ) определяется как объем компонента , деленное на объем смеси :${\ displaystyle \ sigma _ {я}}$${\ displaystyle V_ {i}}$${\ displaystyle V}$

${\ displaystyle \ sigma _ {i} = {\ frac {V_ {i}} {V}}.}$

Будучи безразмерным, он выражается числом, например 0,18 или 18%; его единица - 1.

Кажется, что в английской литературе нет стандартных обозначений. Используемая здесь буква является нормативной в немецкой литературе (см. Volumenkonzentration ).${\ displaystyle \ sigma _ {я}}$

Связанные количества [ править ]

Для описания состава смеси можно использовать несколько других величин. Обратите внимание, что это не следует называть концентрациями. ^[1]

Нормальность [ править ]

Нормальность определяется как молярная концентрация, деленная на коэффициент эквивалентности . Поскольку определение фактора эквивалентности зависит от контекста (какая реакция изучается), IUPAC и NIST не одобряют использование нормальности.${\ displaystyle c_ {i}}$${\ displaystyle f _ {\ mathrm {eq}}}$

Моляльность [ править ]

(Не путать с молярностью )

Моляльность раствора определяется как количество составляющего (в молях), деленное на массу растворителя (а не на массу раствора):${\ displaystyle b_ {i}}$${\ displaystyle n_ {i}}$${\ displaystyle m _ {\ mathrm {растворитель}}}$

${\ displaystyle b_ {i} = {\ frac {n_ {i}} {m _ {\ mathrm {растворитель}}}}.}$

Единица СИ для моляльности является моль / кг.

Молярная фракция [ править ]

Мольная доля определяется как количество компонента (в молях), деленное на общее количество всех компонентов в смеси :${\ displaystyle x_ {i}}$${\ displaystyle n_ {i}}$${\ displaystyle n _ {\ mathrm {tot}}}$

${\ displaystyle x_ {i} = {\ frac {n_ {i}} {n _ {\ mathrm {tot}}}}.}$

Единица СИ является моль / моль. Однако устаревшее обозначение частей на единицу часто используется для описания малых мольных долей.

Молярное соотношение [ править ]

Молярное соотношение определяется как количество компонента, деленное на общее количество всех других компонентов в смеси:${\ displaystyle r_ {i}}$${\ displaystyle n_ {i}}$

${\ displaystyle r_ {i} = {\ frac {n_ {i}} {n _ {\ mathrm {tot}} -n_ {i}}}.}$

Если намного меньше , мольное отношение почти идентично мольной доле.${\ displaystyle n_ {i}}$${\ displaystyle n _ {\ mathrm {tot}}}$

Единица СИ является моль / моль. Однако устаревшее обозначение частей на единицу часто используется для описания малых мольных соотношений.

Массовая доля [ править ]

Массовая доля - это отношение массы одного вещества к массе всей смеси , определяемое как:${\displaystyle w_{i}}$${\displaystyle m_{i}}$${\displaystyle m_{\mathrm {tot} }}$

${\displaystyle w_{i}={\frac {m_{i}}{m_{\mathrm {tot} }}}.}$

Единица СИ является кг / кг. Однако устаревшее обозначение частей на единицу часто используется для описания малых массовых долей.

Соотношение масс [ править ]

Массовое отношение определяется как масса компонента, деленная на общую массу всех других компонентов в смеси:${\displaystyle \zeta _{i}}$${\displaystyle m_{i}}$

${\displaystyle \zeta _{i}={\frac {m_{i}}{m_{\mathrm {tot} }-m_{i}}}.}$

Если намного меньше , массовое отношение почти идентично массовой доле.${\displaystyle m_{i}}$${\displaystyle m_{\mathrm {tot} }}$

Единица СИ является кг / кг. Однако устаревшее обозначение частей на единицу часто используется для описания небольших соотношений масс.

Зависимость от объема и температуры [ править ]

Концентрация зависит от изменения объема раствора в зависимости от температуры, в основном из-за теплового расширения.

Таблица концентраций и связанных величин [ править ]

Тип концентрации	Символ	Определение	Единица СИ	другой блок (ы)
массовая концентрация	${\displaystyle \rho _{i}}$ или же ${\displaystyle \gamma _{i}}$	${\displaystyle m_{i}/V}$	кг / м 3	г / 100 мл (= г / дл)
молярная концентрация	${\displaystyle c_{i}}$	${\displaystyle n_{i}/V}$	моль / м 3	M (= моль / л)
числовая концентрация	${\displaystyle C_{i}}$	${\displaystyle N_{i}/V}$	1 / м 3	1 / см 3
объемная концентрация	${\displaystyle \sigma _{i}}$	${\displaystyle V_{i}/V}$	м 3 / м 3
Связанные количества	Символ	Определение	Единица СИ	другой блок (ы)
нормальность		${\displaystyle c_{i}/f_{\mathrm {eq} }}$	моль / м 3	N (= моль / л)
моляльность	${\displaystyle b_{i}}$	${\displaystyle n_{i}/m_{\mathrm {solvent} }}$	моль / кг
мольная доля	${\displaystyle x_{i}}$	${\displaystyle n_{i}/n_{\mathrm {tot} }}$	моль / моль	частей на миллион, частей на миллиард, частей на миллион
мольное соотношение	${\displaystyle r_{i}}$	${\displaystyle n_{i}/(n_{\mathrm {tot} }-n_{i})}$	моль / моль	частей на миллион, частей на миллиард, частей на миллион
массовая доля	${\displaystyle w_{i}}$	${\displaystyle m_{i}/m_{\mathrm {tot} }}$	кг / кг	частей на миллион, частей на миллиард, частей на миллион
соотношение масс	${\displaystyle \zeta _{i}}$	${\displaystyle m_{i}/(m_{\mathrm {tot} }-m_{i})}$	кг / кг	частей на миллион, частей на миллиард, частей на миллион
объемная доля	${\displaystyle \phi _{i}}$	${\displaystyle V_{i}/\sum _{j}V_{j}}$	м 3 / м 3	частей на миллион, частей на миллиард, частей на миллион

См. Также [ править ]

• Коэффициент разбавления
• Концентрация дозы
• Серийное разведение
• Проблема смешивания вина и воды

Ссылки [ править ]