Концентрация

Отношение части смеси к целому

В химии концентрация — это 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 относиться к любому виду химической смеси, но чаще всего относится к растворенным веществам и растворителям в растворах . Молярная (количество) концентрация имеет варианты, такие как нормальная концентрация и осмотическая концентрация . Разбавление — это уменьшение концентрации, например, путем добавления растворителя к раствору. Глагол to concentrate означает увеличивать концентрацию, что противоположно разбавлению.

Этимология

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

Качественное описание

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

Часто в неформальном, нетехническом языке концентрация описывается качественно , с помощью 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 только два вещества не являются смешивающимися , существует концентрация, при которой большее количество растворенного вещества не растворится в растворе. В этой точке раствор называется насыщенным . Если в насыщенный раствор добавляется дополнительное растворенное вещество, он не растворится, за исключением определенных обстоятельств, когда может произойти 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 уровни билирубина в сыворотке» — это концентрации билирубина в сыворотке крови , превышающие норму ).

Количественная нотация

Существует четыре величины, описывающие 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 в системе СИ — кг/м ³ (равно 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 ).}

Концентрация чисел

Числовая концентрация определяется как число 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 в системе СИ — 1/м ³ .

Концентрация объема

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

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

Будучи безразмерной величиной, она выражается числом, например, 0,18 или 18%; ее единица измерения — 1.

В английской литературе, похоже, нет стандартной нотации. Буква, используемая здесь, является нормативной в немецкой литературе (см. Volumenkonzentration). ${\displaystyle \sigma _{i}}$

Связанные величины

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

Нормальность

Нормальность определяется как молярная концентрация, деленная на фактор эквивалентности . Поскольку определение фактора 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

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

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

Единица моляльности в системе СИ — моль/кг.

Мольная доля

Молярная 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 устаревшая нотация частей на часто используется для описания малых мольных долей.

Молярное отношение

Молярное соотношение определяется как количество компонента, деленное на общее количество всех остальных 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 практически идентично мольной доле. ${\displaystyle n_{i}}$ ${\displaystyle n_{\mathrm {tot} }}$

Единица СИ — моль/моль. Однако устаревшая нотация частей на часто используется для описания малых 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 устаревшая нотация частей на часто используется для описания малых массовых долей.

Массовое отношение

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

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

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

Единица СИ — кг/кг. Однако устаревшая нотация частей на часто используется для описания малых массовых соотношений.

Зависимость от объема и температуры

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

Таблица концентраций и соответствующих величин

Смотрите также

• Коэффициент разбавления  – изменение концентрации при смешивании двух жидкостей.
• Концентрация дозы  – отношение части смеси к целомуPages displaying short descriptions of redirect targets
• Последовательное разбавление  – поэтапное разбавление вещества в растворе.
• Проблема смешивания вина и воды
• Стандартное состояние § Растворенные вещества

Ссылки

1. IUPAC , Compendium of Chemical Terminology , 2nd ed. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) «concentration». doi :10.1351/goldbook.C01222
2. "concentration" . Оксфордский словарь английского языка (Электронная правка). Oxford University Press . (Требуется подписка или членство в участвующем учреждении.)
3. IUPAC , Compendium of Chemical Terminology , 2nd ed. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) «volume equity». doi :10.1351/goldbook.V06643

Внешние ссылки

• Медиа, связанные с Концентрация (химия) на Wikimedia Commons