Молярная концентрация (также называемая молярность , концентрация количество или концентрация вещества ) является мерой концентрации в течение химических соединений , в частности , из растворенного вещества в растворе , с точки зрения количества вещества на единицу объема раствора. В химии наиболее часто используемой единицей измерения молярности является количество молей на литр , обозначаемое символом моль / л или моль ⋅ дм −3.в единицах СИ. Раствор с концентрацией 1 моль / л называется 1 моль, обычно обозначают как 1 М. Чтобы избежать путаницы с приставкой СИ мега , который имеет ту же аббревиатуру, небольшие колпачки ᴍ или наклонным М также используются в журналах и учебниках . [1]
Определение [ править ]
Молярная концентрация или молярность чаще всего выражается в единицах молей растворенного вещества на литр раствора . [2] Для использования в более широких приложениях он определяется как количество растворенного вещества на единицу объема раствора или на единицу объема, доступного для вида, представленное строчной буквой c : [3]
Здесь n - количество растворенного вещества в молях, [4] N - количество составляющих частиц, присутствующих в объеме V (в литрах) раствора, а N A - постоянная Авогадро , с 24 января 2021 г.6.022 140 76 × 10 23 моль -1 . Отношение Н / V представляет собой плотность числа С .
В термодинамике использование молярной концентрации часто неудобно, поскольку объем большинства растворов незначительно зависит от температуры из-за теплового расширения . Эта проблема обычно решается введением поправочных коэффициентов на температуру или использованием не зависящего от температуры показателя концентрации, например моляльности . [4]
Обратная величина представляет разбавление (объем) , который может появиться в Оствальда закон разбавления .
- Формальность или аналитическая концентрация
Если молекулярный объект диссоциирует в растворе, концентрация относится к исходной химической формуле в растворе, молярная концентрация иногда называется формальной концентрацией или формальностью ( F A ) или аналитической концентрацией ( c A ). Например, если раствор карбоната натрия (Na 2 CO 3 ) имеет формальную концентрацию c (Na 2 CO 3 ) = 1 моль / л, молярные концентрации составляют c (Na + ) = 2 моль / л и c (CO2-
3) = 1 моль / л, поскольку соль диссоциирует на эти ионы.
Единицы [ править ]
В Международной системе единиц (СИ) согласованной единицей молярной концентрации является моль / м 3 . Однако это неудобно для большинства лабораторных целей, и в большинстве химической литературы традиционно используется моль / дм 3 , что совпадает с моль / л . Эта традиционная единица часто обозначается буквой M, которой может предшествовать префикс SI, необходимый для обозначения подмножителей, например:
- моль / м 3 = 10 −3 моль / дм 3 = 10 −3 моль / л = 10 −3 M = 1 ммоль / л = 1 мМ.
Единицы миллимолярные и микромолярные относятся к мМ и мкМ (10 -3 моль / л и 10 -6 моль / л ) соответственно.
Имя | Сокращение | Концентрация | |
---|---|---|---|
(Молл) | (моль / м 3 ) | ||
миллимолярный | мМ | 10 −3 | 10 0 |
микромолярный | мкМ | 10 −6 | 10 −3 |
наномолярный | нМ | 10 −9 | 10 −6 |
пикомолярный | вечера | 10 −12 | 10 −9 |
фемтомолярный | fM | 10 −15 | 10 −12 |
аттомолярный | являюсь | 10 −18 | 10 −15 |
зептомолярный | zM | 10 −21 | 10 −18 |
йоктомолярный | yM [5] | 10 -24 (6 частиц на 10 л) | 10 −21 |
Связанные количества [ править ]
Числовая концентрация [ править ]
Преобразование в числовую концентрацию дается выражением
где - постоянная Авогадро .
Массовая концентрация [ править ]
Преобразование в массовую концентрацию дается выражением
где - молярная масса компонента .
Молярная фракция [ править ]
Преобразование в мольную долю дается выражением
где - средняя молярная масса раствора, - плотность раствора.
Более простое соотношение можно получить, рассматривая общую молярную концентрацию, а именно сумму молярных концентраций всех компонентов смеси:
Массовая доля [ править ]
Преобразование в массовую долю дается выражением
Моляльность [ править ]
Для бинарных смесей преобразование в моляльность равно
где растворителю присвоен индекс 1, а растворенному веществу - индекс 2.
Для растворов с более чем одним растворенным веществом преобразование равно
Свойства [ править ]
Сумма молярных концентраций - нормализующие отношения [ править ]
Сумма молярных концентраций дает общую молярную концентрацию, а именно плотность смеси, деленную на молярную массу смеси, или, по-другому, обратную величину молярного объема смеси. В ионном растворе ионная сила пропорциональна сумме молярной концентрации солей.
Сумма произведений молярных концентраций и парциальных молярных объемов [ править ]
Сумма произведений между этими количествами равна единице:
Зависимость от громкости [ править ]
Молярная концентрация зависит от изменения объема раствора в основном из-за теплового расширения. На малых интервалах температуры зависимость имеет вид
где - молярная концентрация при эталонной температуре, - коэффициент теплового расширения смеси.
Примеры [ править ]
- 11,6 г NaCl растворяют в 100 г воды. Конечная массовая концентрация ρ (NaCl) равна
- ρ (NaCl) =11,6 г/11,6 г + 100 г = 0,104 г / г = 10,4%.
Плотность такого раствора составляет 1,07 г / мл, поэтому его объем равен
- V = 11,6 г + 100 г/1,07 г / мл = 104,3 мл.
Следовательно, молярная концентрация NaCl в растворе составляет
- с (NaCl) =11,6 г/58 г / моль / 104,3 мл = 0,00192 моль / мл = 1,92 моль / л.
- Типичной задачей химии является приготовление 100 мл (= 0,1 л) раствора NaCl в воде с концентрацией 2 моль / л. Необходимая масса соли составляет
- m (NaCl) = 2 моль / л × 0,1 л × 58 г / моль = 11,6 г.
- Плотность воды составляет примерно 1000 г / л, а ее молярная масса составляет 18,02 г / моль (или 1 / 18,02 = 0,055 моль / г). Следовательно, молярная концентрация воды равна
- с (Н 2 О) =1000 г / л/18,02 г / моль ≈ 55,5 моль / л.
- с (Н 2 ) =88 г / л/2,02 г / моль = 43,7 моль / л.
- с (OsO 4 ) =5,1 кг / л/254,23 г / моль = 20,1 моль / л.
- Типичный белок в бактериях , таких как E. coli , может иметь около 60 копий, а объем бактерии составляет около 10-15 л. Таким образом, числовая концентрация C равна
- C = 60 / (10 -15 л) = 6 × 10 16 л -1 .
Молярная концентрация- c =C/N A знак равно 6 × 10 16 л −1/6 × 10 23 моль -1= 10-7 моль / л = 100 нмоль / л.
- Референсные диапазоны для анализов крови , отсортированные по молярной концентрации:
См. Также [ править ]
- Порядки величины (молярная концентрация)
Ссылки [ править ]
- ^ "Типография символов единиц для молярных и литр в siunitx" . TeX - Обмен стеков LaTeX .
- ^ Тро, Нивалдо Дж. Вводные основы химии (Пятое изд.). Бостон. п. 457. ISBN. 9780321919052. OCLC 857356651 .
- ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « Концентрация количества, c ». DOI : 10,1351 / goldbook.A00295
- ^ a b Кауфман, Майрон (2002). Принципы термодинамики . CRC Press. п. 213. ISBN 0-8247-0692-7.
- ^ Дэвид Брэдли. «Как низко ты можешь спуститься? От Y к Y» .
Внешние ссылки [ править ]
- Калькулятор молярной концентрации раствора
- Эксперимент по определению молярной концентрации уксуса титрованием