Массовая концентрация (химия)

Не путать с массовой фракцией (химия) .

В химии массовая концентрация ρ _I (или γ _I ) определяется как масса компонента M _I, разделенную на объем смеси v .

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

Для чистого химического вещества массовая концентрация равна его плотности (масса, деленная на объем); Таким образом, массовая концентрация компонента в смеси может быть названа плотностью компонента в смеси. Это объясняет использование ρ в нижнем случае (греческая буква ), символ, чаще всего используется для плотности.

Определение и свойства

Том V в определении относится к объему решения, а не к объему растворителя . Один литр раствора обычно содержит немного больше или немного меньше 1 литра растворителя, потому что процесс растворения вызывает увеличение или уменьшение объема жидкости. Иногда массовая концентрация называется тире .

Обозначение

Обозначения, общая с плотностью массы, подчеркивает 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, недифференцированной дополнительным символом (Как звездный надпись, жирный жирный символ или Вархо ).

Зависимость от объема

Массовая концентрация зависит от изменения объема раствора, в основном из -за термического расширения. На небольших интервалах температуры зависимость:

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

где ρ _{i ( t 0 )} является массовой концентрацией при эталонной температуре, α является коэффициентом теплового расширения смеси.

Сумма массовых концентраций - нормализующая связь

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

$\rho =\sum _{i}\rho _{i}\,$

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

Единицы

SI -UNIT для массовой концентрации-кг/м ³ ( килограмм / кубический метр ). Это то же самое, что и мг / мл и г / л. Другая обычно используемая единица - G/(100 мл), которая идентична G/DL ( грамм / децилитр ).

Использование в биологии

В биологии и медицине символ « % » широко используется в неправильном смысле для обозначения массовой концентрации, также называемого «процентом массы/объема». Раствор с 1 г растворенного вещества, растворенного в конечном объеме 100 мл раствора, будет помечен как «1%» или «1% м/об.» (Масса/объем). Общие названия внутривенных сахарных растворов, таких как D5W и D50W , отражают это соглашение. Нотация математически ошибочна, потому что единица « % » может использоваться только для безразмерных величин. «Процентное решение» или «процентное решение», таким образом, является наилучшим образом зарезервированным для «массовых процентных растворов» (M/M = M% = массовое раствор/массовый % = объем растворенного вещества на объем общего раствора после смешивания). Очень неоднозначные термины «процентное решение» и «процентные решения» без других квалификаторов продолжают иногда встречаться.

Это распространенное использование % для среднего значения M/V в биологии связано с тем, что многие биологические растворы разбавляют и на водной основе, водный раствор . Жидкая вода имеет плотность приблизительно 1 г/см ³ (1 г/мл). Таким образом, 100 мл воды равна приблизительно 100 г. Следовательно, раствор с 1 г растворенного вещества, растворенного в конечном объеме 100 мл водного раствора, также может рассматриваться 1% м/м (1 г растворенного вещества в 99 г воды). Это приближение разрушается по мере увеличения концентрации растворенного вещества (например, в смесях воды -NACL ). Высокие концентрации растворенного вещества часто не являются физиологически актуальными, но иногда встречаются в фармакологии, где иногда встречается нотация массы на объем. Экстремальным примером является насыщенный раствор йодида калия (SSKI), который достигает массовой концентрации йодида калия на 100 "%" M/V (1 грамм Ki на 1 мл раствора) только потому, что растворимость плотной соли Ki чрезвычайно высока в воде, и и вода чрезвычайно высока, и вода чрезвычайно высока, и является чрезвычайно высокой водой, и является чрезвычайно высокой водой, и является чрезвычайно высокой водой, а вода чрезвычайно высока, и вода чрезвычайно высока, и вода чрезвычайно высока, и вода чрезвычайно высока, и вода чрезвычайно высока, и вода чрезвычайно высока и вода. Полученный раствор очень плотный (в 1,72 раза больше плотного, чем вода).

Несмотря на то, что есть примеры обратного, следует подчеркнуть, что обычно используемые «единицы» % мас./Об. Граммы на миллилитр (г/мл). 1 % M/V растворы иногда считаются грамм/100 мл, но это отвлекает от того факта, что % M/V составляет G/мл; 1   г воды имеет объем приблизительно 1 мл (при стандартной температуре и давлении), а массовая концентрация составляет 100%. Чтобы сделать 10 мл водного 1% раствора холата , 0,1 грамма холата растворяются в 10   мл воды. Объемные колбы являются наиболее подходящей частью стеклянной посуды для этой процедуры, так как отклонения от идеального поведения в решении могут происходить с высокими концентрациями растворенного вещества.

В растворах массовая концентрация обычно встречается как отношение массы/[объемного раствора] или m/v. У растворов воды, содержащих относительно небольшие количества растворенного растворенного вещества (как в биологии), такие цифры могут быть «процентивированы» путем умножения на 100 А соотношения растворенных веществ на раствор мл. Результат дается как «процент массы/объема». Такая конвенция экспрессирует массовую концентрацию 1 грамма растворенного вещества в 100 мл раствора, как «1 м/об. %».

Связанные количества

Плотность чистого компонента

Соотношение между массовой концентрацией и плотностью чистого компонента (массовая концентрация отдельных компонентных смесей) составляет:

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

где ρ ^∗
_Я - плотность чистого компонента, V _I объем чистого компонента перед смешиванием.

Удельный объем (или массовый объем)

Удельный объем является обратной массовой концентрацией только в случае чистых веществ, для которых массовая концентрация совпадает с плотностью чистого составления:

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

Молярная концентрация

Преобразование в молярную концентрацию C _I дается как:

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

где м _я - молярная масса компонента i .

Массовая дробь

Преобразование в массовую фракцию с _I дается:

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

Моль -дробь

Преобразование в моль -фракцию x _I дается:

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

где m - средняя молярная масса смеси.

Моляльность

Для бинарных смесей превращение в молалентность B _I дается:

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

Пространственные вариации и градиент

Значения (массовой и молярной) концентрации различаются в пространстве, вызывает феномен диффузии .