Концентрация

Отношение части смеси к целому

Пробирки с жидкостью, в которой растворен синий краситель в разных концентрациях. В пробирке с темно-синей жидкостью (спереди) растворен синий краситель в высокой концентрации. В следующих пробирках синий краситель растворяют в меньшей концентрации (и одновременно в меньшем количестве, так как объем примерно тот же). Изображение создано искусственным интеллектом.

В химии концентрация — это содержание компонента , деленное на общий объем смеси. Можно выделить несколько типов математического описания: массовую концентрацию , молярную концентрацию , числовую концентрацию и объемную концентрацию . ^[1] Концентрация может относиться к любому виду химической смеси, но чаще всего относится к растворенным веществам и растворителям в растворах . Молярная (количественная) концентрация имеет варианты, такие как нормальная концентрация и осмотическая концентрация . Разбавление – это уменьшение концентрации, например, путем добавления растворителя в раствор. Глагол «сосредоточиться» означает «увеличить концентрацию», в противоположность слову «разбавлять».

Этимология

Concentration- , concentratio , действие или акт объединения в одном месте, приведение к общему центру, использовалось в постклассической латыни в 1550 году или ранее, аналогичные термины засвидетельствованы в итальянском (1589), испанском (1589), английском языках. (1606 г.), французский (1632 г.). ^[2]

Качественное описание

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

Часто на неофициальном, нетехническом языке концентрация описывается качественно посредством использования таких прилагательных, как «разбавленный» для растворов относительно низкой концентрации и «концентрированный» для растворов относительно высокой концентрации. Чтобы сконцентрировать раствор, необходимо добавить больше растворенного вещества (например, спирта) или уменьшить количество растворителя (например, воды). Напротив, чтобы разбавить раствор, необходимо добавить больше растворителя или уменьшить количество растворенного вещества. Если два вещества не смешиваются , существует концентрация, при которой никакое другое растворенное вещество не растворяется в растворе. В этот момент раствор называется насыщенным . Если к насыщенному раствору добавить дополнительное растворенное вещество, оно не растворится, за исключением определенных обстоятельств, когда может возникнуть пересыщение . Вместо этого произойдет разделение фаз , что приведет к сосуществованию фаз, либо полностью разделенных, либо 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 уровнями , отражая мысленную схему уровней на вертикальной оси графика , которые могут быть высокими или низкими (например, «высокие сывороточные уровни билирубина» — это концентрации билирубина в сыворотке крови , превышающие норму) . ).

Количественные обозначения

Есть четыре величины, которые описывают концентрацию:

Массовая концентрация

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

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

Единица измерения СИ — кг/м ³ (равен г/л).

Молярная концентрация

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

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

Единица измерения в системе СИ — моль/м ³ . Однако чаще используется единица моль/л (= моль/дм ^{3 ).}

Числовая концентрация

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

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

Единица измерения СИ — 1/м ³ .

Объемная концентрация

Объемная концентрация (не путать с объемной долей ^[3] ) определяется как объем компонента, разделенный на объем смеси : ${\displaystyle \sigma _{i}}$ ${\displaystyle V_{i}}$ ${\displaystyle V}$

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

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

В английской литературе, похоже, нет стандартных обозначений. Используемая здесь буква является нормативной в немецкой литературе (см. Объемная концентрация). ${\displaystyle \sigma _{i}}$

Сопутствующие количества

Для описания состава смеси можно использовать и несколько других величин. Их не следует называть концентрациями. ^[1]

Нормальность

Нормальность определяется как молярная концентрация, деленная на коэффициент эквивалентности . Поскольку определение коэффициента эквивалентности зависит от контекста (какая реакция изучается), Международный союз теоретической и прикладной химии и Национальный институт стандартов и технологий не рекомендуют использовать нормальность. ${\displaystyle c_{i}}$ ${\displaystyle f_{\mathrm {eq} }}$

Моляльность

Не путать с молярностью .

Моляльность раствора определяется как количество компонента (в молях), деленное на массу растворителя ( а не массу раствора): ${\displaystyle b_{i}}$ ${\displaystyle n_{i}}$ ${\displaystyle m_{\mathrm {solvent} }}$

${\displaystyle b_{i}={\frac {n_{i}}{m_{\mathrm {solvent} }}}.}$

Единицей моляльности в системе СИ является моль/кг.

Мольная доля

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 — моль/моль. Однако устаревшее обозначение «части на единицу» часто используется для описания малых мольных долей.

Молярное соотношение

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 , то мольное отношение почти идентично мольной доле. ${\displaystyle n_{i}}$ ${\displaystyle n_{\mathrm {tot} }}$

Единица СИ — моль/моль. Однако устаревшее обозначение «части на единицу» часто используется для описания небольших мольных соотношений.

Массовая доля

Массовая доля – это доля одного вещества с массой к массе всей смеси , определяемая как: ${\displaystyle w_{i}}$ ${\displaystyle m_{i}}$ ${\displaystyle m_{\mathrm {tot} }}$

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

Единица СИ — кг/кг. Однако устаревшее обозначение «части на единицу» часто используется для описания небольших массовых долей.

Соотношение масс

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

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

Если много меньше , отношение масс практически идентично массовой доле. ${\displaystyle m_{i}}$ ${\displaystyle m_{\mathrm {tot} }}$

Единица СИ — кг/кг. Однако устаревшее обозначение «части на единицу» часто используется для описания небольших соотношений масс.

Зависимость от объема и температуры

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

Таблица концентраций и соответствующих количеств

Смотрите также

• Коэффициент разбавления  – изменение концентрации при смешивании двух жидкостей.
• Концентрация дозы  – соотношение части смеси к целому.Страницы с краткими описаниями целей перенаправления.
• Серийное разведение  - поэтапное разведение вещества в растворе.
• Проблема со смешиванием вина и воды
• Стандартное состояние § Растворенные вещества

Рекомендации

1. IUPAC , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Интернет-исправленная версия: (2006–) «Концентрация». дои :10.1351/goldbook.C01222
2. «концентрация» . Оксфордский словарь английского языка (онлайн-изд.). Издательство Оксфордского университета . (Требуется подписка или членство участвующей организации.)
3. ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Интернет-исправленная версия: (2006–) «Объемная доля». дои :10.1351/goldbook.V06643

Внешние ссылки

• СМИ, связанные с концентрацией (химией) на Викискладе?