Молярная концентрация

«Молярность» перенаправляется сюда. Не путать с Молальностью или Моралью .

Молярная концентрация
Общие символы	c , [химический символ или формула]
единица СИ	моль/м 3
Другие подразделения	Молл
Выводы из другие количества	c = n / V
Измерение	${\mathsf {L}}^{-3}{\mathsf {N}}$

Молярная концентрация (также называемая молярностью , количественной концентрацией или концентрацией вещества ) — это мера концентрации химического вещества , в частности растворенного вещества , в растворе , выраженная в количестве вещества на единицу объема раствора. В химии наиболее часто используемой единицей молярности является число молей на литр , обозначаемое единицей измерения моль/л или моль / дм. ³ в единицах СИ. Раствор с концентрацией 1 моль/л называется 1 молярным , что обычно обозначается как 1 М или М. 1 Молярность часто обозначается в квадратных скобках вокруг интересующего вещества; например, молярность иона водорода обозначается как [H ⁺ ].

Определение

Молярная концентрация или молярность чаще всего выражается в молях растворенного вещества на литр раствора . Для использования в более широких приложениях он определяется как количество вещества растворенного вещества на единицу объема раствора или на единицу объема, доступного для вида, представленного строчными буквами. $c$:

$c={\frac {n}{V}}={\frac {N}{N_{\text{A}}\,V}}={\frac {C}{N_{\text{A}}}}.$

Здесь, $n$ количество растворенного вещества в молях, $N$ количество составляющих частиц, присутствующих в объеме $V$ (в литрах) раствора, и $N_{\text{A}}$ — постоянная Авогадро , с 2019 года определяемая как ровно 6,022 140 76 × 10 ²³ моль ⁻¹ . Соотношение ${\frac {N}{V}}$ числа плотность $C$.

В термодинамике использование молярной концентрации часто неудобно, поскольку объем большинства растворов слабо зависит от температуры из-за теплового расширения . Эту проблему обычно решают путем введения температурных поправочных коэффициентов или использования независимой от температуры меры концентрации, такой как моляльность .

Обратная законе величина представляет собой разбавление (объем), которое может фигурировать в разбавления Оствальда .

Формальность или аналитическая концентрация

Если молекулярное вещество диссоциирует в растворе, концентрация относится к исходной химической формуле в растворе, молярную концентрацию иногда называют формальной концентрацией или формальностью ( FA ₎ 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 c ( Уже ⁺ ) = 2 моль/л и c ( CO 2− 3 ) = 1 моль/л, поскольку соль диссоциирует на эти ионы.

Единицы

В Международной системе единиц (СИ) единой единицей молярной концентрации является моль / м. ³ . Однако в большинстве химической литературы традиционно используется моль / дм. ³ , что соответствует моль / л . Эту традиционную единицу часто называют моляром и обозначают буквой М, например:

1 моль / м ³ = 10 ⁻³ моль / дм ³ = 10 ⁻³ моль / л = 10 ⁻³ М = 1 ммоль = 1 ммоль/л.

« Префикс СИ мега » (символ М) имеет тот же символ. Однако приставка никогда не используется отдельно, поэтому «М» однозначно обозначает моляр. Промежуточные кратные, такие как «миллимолярный» (мМ) и «наномолярный» (нМ), состоят из единицы, которой предшествует префикс СИ :

Имя	Аббревиатура	Концентрация
		(Молл)	(моль/м 3 )
миллимос	мм	10 −3	10 0 =1
микромолярный	мкМ	10 −6	10 −3
наномолярный	нМ	10 −9	10 −6
пикомолярный	вечер	10 −12	10 −9
фемтомолярный	ФМ	10 −15	10 −12
аттомолярный	являюсь	10 −18	10 −15
зептомолярный	зМ	10 −21	10 −18
йоктомолярный	их	10 −24 (6 частиц на 10 л)	10 −21
ронтомолярный	РМ	10 −27	10 −24
кектомолярный	КМ	10 −30	10 −27

Сопутствующие количества

Числовая концентрация

Преобразование в числовую концентрацию $C_{i}$ дается

$C_{i}=c_{i}N_{\text{A}},$

где $N_{\text{A}}$ — постоянная Авогадро .

Массовая концентрация

Преобразование в массовую концентрацию $\rho _{i}$ дается

$\rho _{i}=c_{i}M_{i},$

где $M_{i}$ - молярная масса компонента $i$.

Мольная доля

Преобразование в мольную долю $x_{i}$ дается

$x_{i}=c_{i}{\frac {\overline {M}}{\rho }},$

где ${\overline {M}}$ - средняя молярная масса раствора, $\rho$ – плотность раствора.

Более простое соотношение можно получить, рассматривая общую молярную концентрацию, а именно сумму молярных концентраций всех компонентов смеси:

$x_{i}={\frac {c_{i}}{c}}={\frac {c_{i}}{\sum _{j}c_{j}}}.$

Массовая доля

Перевод в массовую долю $w_{i}$ дается

$w_{i}=c_{i}{\frac {M_{i}}{\rho }}.$

Моляльность

Для бинарных смесей перевод в моляльность $b_{2}$ является

$b_{2}={\frac {c_{2}}{\rho -c_{1}M_{1}}},$

где растворителем является вещество 1, а растворенным веществом — вещество 2.

Для растворов, содержащих более одного растворенного вещества, преобразование равно

$b_{i}={\frac {c_{i}}{\rho -\sum _{j\neq i}c_{j}M_{j}}}.$

Характеристики

Сумма молярных концентраций – нормализующие отношения

Сумма молярных концентраций дает общую молярную концентрацию, а именно плотность смеси, деленную на молярную массу смеси или, иначе говоря, величину, обратную молярному объему смеси. В ионном растворе ионная сила пропорциональна сумме молярных концентраций солей.

Сумма произведений молярных концентраций и парциальных молярных объемов

Сумма произведений между этими величинами равна единице:

$\sum _{i}c_{i}{\overline {V_{i}}}=1.$

Зависимость от объема

Молярная концентрация зависит от изменения объема раствора, главным образом, за счет теплового расширения. На малых интервалах температур зависимость имеет вид

$c_{i}={\frac {c_{i,T_{0}}}{1+\alpha \Delta T}},$

где $c_{i,T_{0}}$ - молярная концентрация при эталонной температуре, $\alpha$ – коэффициент теплового расширения смеси.

Примеры

• 11,6 г NaCl растворяют в 100 г воды. Конечная массовая концентрация ρ (NaCl) равна

  ρ (NaCl) = ⁠ 11.6 g / 11.6 g + 100 g ⁠ = 0.104 g/g = 10.4 %.

  Объем такого раствора составляет 104,3 мл (объем можно наблюдать непосредственно); его плотность рассчитана как 1,07 (111,6 г/104,3 мл).

  Таким образом, молярная концентрация NaCl в растворе равна

  с (NaCl) = ⁠ 11,6 г / 58 г/моль ⁠ /104,3 мл = 0,00192 моль/мл = 1,92 моль/л.

  Здесь 58 г/моль — молярная масса NaCl.
• Типичная задача по химии — приготовление 100 мл (= 0,1 л) раствора NaCl в воде с концентрацией 2 моль/л. Необходимая масса соли

  м (NaCl) = 2 моль/л × 0,1 л × 58 г/моль = 11,6 г.

  Для создания раствора 11,6 г NaCl помещают в мерную колбу , растворяют в небольшом количестве воды, затем добавляют еще воды до тех пор, пока общий объем не достигнет 100 мл.
• Плотность воды составляет примерно 1000 г/л, а ее молярная масса — 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.

  Аналогично, концентрация твердого водорода (молярная масса = 2,02 г/моль) равна

  с (Ч ₂ ) = ⁠ 88 г/л / 2,02 г/моль ⁠ = 43,7 моль/л.

  Концентрация чистого четырехокиси осмия (молярная масса = 254,23 г/моль) равна

  в (OsO ₄ ) = ⁠ 5,1 кг/л / 254,23 г/моль ⁠ = 20,1 моль/л.

• Типичный белок бактерий , таких как E.coli , может иметь около 60 копий, а объем бактерии составляет около 10 ⁻¹⁵ L. Таким образом, числовая концентрация C равна
  С = 60 / (10 ⁻¹⁵ Л) = 6 × 10 ¹⁶ л ⁻¹ .
  Молярная концентрация

  с = ⁠ C / N _A ⁠ = ⁠ 6 × 10 ¹⁶ л ⁻¹ / 6 × 10 ²³ моль ⁻¹ ⁠ = 10 ⁻⁷ моль/л = 100 нмоль/л.

• Референтные диапазоны анализов крови , отсортированные по молярной концентрации:
  

См. также

• Моляльность
• Порядки величины (молярная концентрация)

Внешние ссылки

• Калькулятор молярной концентрации раствора
• Опыт по определению молярной концентрации уксуса методом титрования.