Молярная концентрация

редактировать

«Молярность» перенаправляется сюда. Не следует путать с моляльностью или моралью.

Молярная концентрация
Общие символы	c
Единица СИ	Молл
В базовых единицах СИ	м ⁻³ мкмоль
Производные от других величин	c = n / V
Измерение	${\ displaystyle {\ mathsf {L}} ^ {- 3} {\ mathsf {N}}}$ ${\ displaystyle {\ mathsf {L}} ^ {- 3} {\ mathsf {N}}}$

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, обозначенное символом моль / л или моль ⋅ дм ⁻³ в системе 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.

СОДЕРЖАНИЕ

1 Определение
2 единицы
3 Связанные количества
- 3.1 Числовая концентрация
- 3.2 Массовая концентрация
- 3.3 Мольная доля
- 3.4 Массовая доля
- 3.5 Моляльность
4 свойства
- 4.1 Сумма молярных концентраций - нормирующие соотношения
- 4.2 Сумма произведений молярных концентраций и парциальных мольных объемов
- 4.3 Зависимость от объема
5 примеров
6 См. Также
7 ссылки
8 Внешние ссылки

Определение

Молярная концентрация или молярность чаще всего выражается в молях растворенного вещества на литр раствора. Для использования в более широких сферах применения он определяется как количество растворенного вещества на единицу объема раствора или на единицу объема, доступного для видов, представленное строчными буквами: ${\ displaystyle c}$ $c$

{\ displaystyle c = {\ frac {n} {V}} = {\ frac {N} {N _ {\ text {A}} \, V}} = {\ frac {C} {N _ {\ text {A }}}}.}

{\ displaystyle c = {\ frac {n} {V}} = {\ frac {N} {N _ {\ text {A}} \, V}} = {\ frac {C} {N _ {\ text {A }}}}.}

Здесь - количество растворенного вещества в молях, - это количество составляющих частиц, присутствующих в объеме (в литрах) раствора, и - это постоянная Авогадро, с 2019 года определяемая как точно ${\ displaystyle n}$ $п$ ${\ displaystyle N}$ $N$ ${\ displaystyle V}$ $V$ ${\ displaystyle N _ {\ text {A}}}$ $N _ {{\ text {A}}}$ 6.022 140 76 × 10 ²³ моль ^-1. Отношение - это числовая плотность. ${\ displaystyle {\ frac {N} {V}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {N} {V}}}$ ${\ displaystyle C}$ $C$

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.

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 (CO^2- _{3) = 1 моль / л, поскольку соль диссоциирует на эти ионы.}

Единицы

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 необязательно предшествует префикс SI, необходимый для обозначения подмножеств, 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	Сокращенное название	Концентрация
Имя	Сокращенное название	(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	10 ^-24 (6 частиц на 10 л)	10 ⁻²¹

Связанные количества

Числовая концентрация

Преобразование в числовую концентрацию дается выражением ${\ displaystyle C_ {i}}$ $C_ {i}$

{\ displaystyle C_ {i} = c_ {i} N _ {\ text {A}},}

{\ displaystyle C_ {i} = c_ {i} N _ {\ text {A}},}

где - постоянная Авогадро. ${\ displaystyle N _ {\ text {A}}}$ $N _ {{\ text {A}}}$

Массовая концентрация

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

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

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

где - молярная масса компонента. ${\ displaystyle M_ {i}}$ $М_ {i}$ ${\ displaystyle i}$ $я$

Мольная доля

Преобразование в мольную долю дается выражением ${\ displaystyle x_ {i}}$ $x_ {i}$

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

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

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

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

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

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

Массовая доля

Преобразование в массовую долю дается выражением ${\ displaystyle w_ {i}}$ $w_ {i}$

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

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

Моляльность

Для бинарных смесей преобразование в моляльность равно ${\ displaystyle b_ {2}}$ $Би 2}$

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

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

где растворитель - это вещество 1, а растворенное вещество - это вещество 2.

Для растворов с более чем одним растворенным веществом преобразование равно

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

{\ displaystyle 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, по другому названию, обратную величину молярного объема смеси. В ионном растворе ионная сила пропорциональна сумме молярной концентрации солей.

Сумма произведений молярных концентраций и парциальных мольных объемов

Сумма произведений между этими количествами равна единице:

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

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

Зависимость от объема

Молярная концентрация зависит от изменения объема раствора в основном из-за теплового расширения. На малых интервалах температуры зависимость имеет вид

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

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

где - молярная концентрация при эталонной температуре, - коэффициент теплового расширения смеси. ${\ displaystyle c_ {я, T_ {0}}}$ $c_ {i, T_0}$ ${\ displaystyle \ alpha}$ $\альфа$

Примеры

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.
Здесь 58 г / моль - молярная масса NaCl.
Типичной задачей в 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.
Для создания раствора в мерную колбу помещают 11,6 г NaCl, растворяют в небольшом количестве воды, затем добавляют еще воды, пока общий объем не достигнет 100 мл.
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.
Аналогично, концентрация твердого водорода (молярная масса = 2,02 г / моль) равна
с (Н 2) =88 г / л/2,02 г / моль = 43,7 моль / л.
Концентрация чистого четырехокиси осмия (молярная масса = 254,23 г / моль) составляет
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:

Смотрите также

Порядки величины (молярная концентрация)