Masena koncentracija (hemija)

Razlikovati: Masena frakcija (hemija).

U hemiji, masena koncentracija ρ_i (or γ_i) definira se kao masa sastojka m_i podijeljena sa zapreminom smjese V.

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

Za čistu hemikaliju, masena koncentracija jednaka je njenoj gustoći (masi podijeljenoj sa zapreminom); stoga se masena koncentracija komponente u smjesi može nazvati gustoćom komponente u smjesi. To objašnjava upotrebu termina ρ (malo grčko slovo ro), simbol koji se najčešće koristi za gustoću.

Definicija i svojstva

Zapremina V U definiciji se odnosi na zapreminu rastvora, a ne na zapreminu rastvarača. Jedan litar rastvora obično sadrži nešto više ili nešto manje od 1 litre rastvarača jer proces rastvaranja uzrokuje povećanje ili smanjenje zapremine tečnosti. Ponekad se masena koncentracija naziva titar.

Oznaka

Oznaka uobičajena za gustoću mase naglašava vezu između dvije veličine (masena koncentracija je gustoća mase komponente u rastvoru), ali može biti izvor zabune, posebno kada se pojavljuju u istoj formuli bez dodatnog simbola (kao što je zvjezdica u gornjem tekstu, podebljani simbol ili varrho).

Zavisnost od zapremine

Masena koncentracija zavisi od promjene zapremine rastvora uglavnom zbog termičkog širenja. U malim temperaturnim intervalima zavisnost je:

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

gdje ρ_i(T0) je masena koncentracija na referentnoj temperaturi, α je koeficijent termičkog širenja smjese.

Suma masenih koncentracija - normalizacijski odnos

Suma masenih koncentracija svih komponenti (uključujući rastvarač) daje gustoću ρ rastvora:$\rho =\sum _{i}\rho _{i}\,$

Dakle, za čistu komponentu masena koncentracija jednaka je gustoći čiste komponente.

Jedinice

SI-jedinica za masenu koncentraciju je kg/m³ (kilogram/kubni metar). Ovo je isto kao mg/mL i g/L. Druga često korištena jedinica je g/(100 mL), koja je identična g/dL (gram/decilitar).

Upotreba u biologiji

U biologiji i medicini, simbol "%" se široko koristi u pogrešnom smislu za označavanje masene koncentracije, koja se naziva i "procenat mase/zapremine". Rastvor sa 1 g rastvorene supstance rastvorene u konačnoj zapremini od 100 mL rastvor bi se označio kao "1%" ili "1% m/v" (masa/zapremina). Uobičajeni nazivi za intravenske rastvore šećera, kao što su D5W i D50W, odražavaju ovu konvenciju. Oznaka je matematički pogrešna jer se jedinica "%" može koristiti samo za bezdimenzionalne veličine. "Procentni rastvor" ili "procenat rastvor" su stoga termini koji su najbolje rezervisani za "masene procente rastvora" (m/m = m% = masa rastvorene supstance/masa ukupnog rastvora nakon miješanja) ili "volumenske procente rastvora" (v/v = v% = zapremina rastvorene supstance po zapremini ukupnog rastvora nakon miješanja). Vrlo dvosmisleni termini "procentni rastvor" i "procenat rastvora" bez drugih kvalifikatora, i dalje se povremeno susreću.

Ova uobičajena upotreba % za označavanje m/v u biologiji je zbog toga što su mnogi biološki rastvori razrijeđeni i na bazi vode, što je vodeni rastvor. Tečna voda ima gustoću od približno 1 g/cm³ (1 g/mL). Dakle, 100 mL vode je jednako približno 100 g. Stoga se rastvor sa 1 g rastvorene materije rastvorene u konačnoj zapremini od 100 mL vode također može smatrati 1% m/m (1 g rastvorene materije u 99 g vode). Ova aproksimacija se narušava kako se koncentracija rastvorene materije povećava (naprimjer, u smješavinama voda-NaCl). Visoke koncentracije rastvorene materije često nisu fiziološki relevantne, ali se povremeno susreću u farmakologiji, gdje se oznaka mase po zapremini još uvijek ponekad susreće. Ekstreman primjer je zasićeni rastvor kalij-jodida (SSKI) koji dostiže 100 "%" m/v masenu koncentraciju kalij-jodida (1 gram KI po 1 mL rastvora) samo zato što je rastvorljivost guste soli KI u vodi izuzetno visoka, a rezultirajući rastvor je veoma gust (1,72 puta gušći od vode). Iako postoje primjeri koji govore suprotno, treba naglasiti da se uobičajeno korištene "jedinice" % w/v odnose na grame po mililitru (g/mL). 1% m/v rastvori se ponekad smatraju gramima/100 mL, ali to umanjuje činjenicu da je % m/v g/mL; 1 g vode ima zapreminu od približno 1 mL (na standardnoj temperaturi i pritisku), a masena koncentracija se smatra 100%. Da bi se dobilo 10 mL vodenog 1% rastvora holata, 0,1 grama holata se rastvara u 10 mL vode. Volumetrijske tikvice su najprikladniji komad staklenog posuđa za ovaj postupak jer se odstupanja od idealnog ponašanja rastvora mogu pojaviti pri visokim koncentracijama rastvorenih materija.

U rastvorima se masena koncentracija obično susreće kao odnos mase/zapremine rastvora ili m/v. U vodenim rastvorima koji sadrže relativno male količine rastvorene materije (kao u biologiji), takve brojke se mogu "percentualizirati" množenjem omjera grama rastvorene materije po mL rastvora sa 100. Rezultat se daje kao "procenat mase/zapremine". Takva konvencija izražava masenu koncentraciju 1 grama rastvorene materije u 100 mL rastvora, kao "1 m/v%".

Povezane veličine

Gustina čiste komponente

Odnos između masene koncentracije i gustine čiste komponente (masene koncentracije smjesa pojedinačnih komponenti) je:

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

Gdje je ρ∗
i t gustoća čiste komponente, V_i zapremina čiste komponente prije miješanja.

Specifična zapremina (ili specifična zapremina mase)

Specifična zapremina je inverz masene koncentracije samo u slučaju čistih supstanci, za koje je masena koncentracija ista kao gustoća čiste supstance:

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

Molarna koncentracija

Konverzija u molarnu koncentraciju c_i je dat kao:

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

gdje M_i je molarna masa sastojka i.

Maseni udio

Konverzija u masenu frakciju w_i data je kao:

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

Molska frakcija

Konverzija u molne frakcijex_i data je kao:

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

gdje M je prosječna molarna masa smjese.

Molalnost

Za binarne smjese, konverzija u molalnost b_i data je u izrazu:

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

Prostorna varijacija i gradijent

Vrijednosti (masene i molarne) koncentracije različite u prostoru pokreću fenomen difuzije.