bugorwiki.info
на главную

Молярная концентрация

«Молярность» перенаправляет сюда. Это не следует путать с моляльностью или моралью.
Для комикса см. Молярность (комикс).

Молярная концентрация (также называемая молярностью , концентрацией количества или концентрацией вещества ) является мерой концентрации химического вещества, в частности растворенного вещества в растворе, в терминах количества вещества на единицу объема раствора. В химии наиболее часто используемой единицей для молярности является число молей на литр, имеющее символ единицы моль / л. Считается, что раствор с концентрацией 1 моль / л составляет 1 моль, обычно обозначаемый как 1 М.

Определение

Молярная концентрация или молярность чаще всего выражаются в единицах молей растворенного вещества на литр раствора. Для использования в более широких приложениях он определяется как количество вещества растворенного вещества на единицу объема раствора или на единицу объема, доступного для видов, представленных строчными буквами c :

c = nV = NNAV = CNA. {\ displaystyle c = {\ frac {n} {V}} = {\ frac {N} {N _ {\ rm {A}} \, V}} = {\ frac {C } {N _ {\ rm {A}}}}.}

Здесь n - количество растворенного вещества в молях, N - количество молекул, присутствующих в объеме V (в литрах), отношение N / V - числовая концентрация C , а N A - постоянная Авогадро, приблизительно 6,022 × 1023 моль. -1.

В термодинамике использование молярной концентрации часто не удобно, потому что объем большинства растворов слегка зависит от температуры из-за теплового расширения. Эта проблема обычно решается путем введения температурных поправочных коэффициентов или с помощью независимой от температуры меры концентрации, такой как молярность.

Обратная величина представляет собой разведение (объем), которое может присутствовать в законе разведения Оствальда.

Единицы

В Международной системе единиц (СИ) базовая единица для молярной концентрации составляет моль / м3. Однако это нецелесообразно для большинства лабораторных целей, и в большинстве химических публикаций традиционно используется моль / дм3, что совпадает с моль / л. Эти традиционные единицы часто обозначаются буквой М , необязательно с предшествующим префиксом SI, если это необходимо для обозначения субмножителей, например:

моль / м3 = 10-3 моль / дм3 = 10-3 моль / л = 10-3 М = 1 ммоль / л = 1 мМ.

Прилагательные «миллимолярный» и «микромолярный» относятся к мМ и мкМ (10–3 моль / л и 10–6 моль / л) соответственно.

название Сокращение концентрация Концентрация (единица СИ)
миллимолярном мМ 10-3 моль / л 100 моль / м3
микромолярную мкМ 10−6 моль / л 10−3 моль / м3
нмоль нмоль 10-9 моль / л 10−6 моль / м3
пикомолярных вечера 10-12 моль / л 10−9 моль / м3
фемтомолярных фМ 10-15 моль / л 10-12 моль / м3
attomolar аМ 10-18 моль / л 10-15 моль / м3
zeptomolar ZM 10-21 моль / л 10-18 моль / м3
yoctomolar уМ 10-24 моль / л
(1 частица на 1,6 л)
10-21 моль / м3

Связанные количества

Числовая концентрация

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

Ci = ci⋅NA, {\ displaystyle C_ {i} = c_ {i} \ cdot N _ {\ text {A}},}

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

Массовая концентрация

Преобразование в массовую концентрацию ρi {\ displaystyle \ rho _ {i}} определяется выражением

ρi = ci⋅Mi, {\ displaystyle \ rho _ {i} = c_ {i} \ cdot M_ {i},}

где Mi {\ displaystyle M_ {i}} - молярная масса составляющей i {\ displaystyle i}.

Мольная доля

Преобразование в мольную долю xi {\ displaystyle x_ {i}} определяется как

xi = ci⋅Mρ = ci⋅∑jxjMjρ, {\ displaystyle x_ {i} = c_ {i} \ cdot {\ frac {M} {\ rho}} = c_ {i} \ cdot {\ frac {\ sum _ {j} x_ {j} M_ {j}} {\ rho}},} xi = ci⋅∑jxjMjρ − ciMi, {\ displaystyle x_ {i} = c_ {i} \ cdot {\ frac {\ sum _ { j} x_ {j} M_ {j}} {\ rho -c_ {i} M_ {i}}},}

где M {\ displaystyle M} - средняя молярная масса раствора, ρ {\ displaystyle \ rho} - плотность раствора, а j - индекс других растворенных веществ.

Более простое соотношение может быть получено при рассмотрении общей молярной концентрации, а именно суммы молярных концентраций всех компонентов смеси:

xi = cic = ci∑ci. {\ displaystyle x_ {i} = {\ frac {c_ {i}} {c}} = {\ frac {c_ {i}} {\ sum c_ {i}}}.}

Массовая доля

Преобразование в массовую долю wi {\ displaystyle w_ {i}} дается

wi = ci⋅Miρ. {\ displaystyle w_ {i} = c_ {i} \ cdot {\ frac {M_ {i}} {\ rho}}.}

моляльность

Преобразование в моляльность (для бинарных смесей)

b2 = c2ρ − c2⋅M2, {\ displaystyle b_ {2} = {\ frac {c_ {2}} {\ rho -c_ {2} \ cdot M_ {2}}},}

где растворенному веществу присваивается индекс 2.

Для решений с более чем одним растворенным веществом конверсия

bi = ciρ − ∑ci⋅Mi. {\ displaystyle b_ {i} = {\ frac {c_ {i}} {\ rho - \ sum c_ {i} \ cdot M_ {i}}}.}

свойства

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, обратно пропорциональную молярному объему смеси. В ионном растворе ионная сила пропорциональна сумме молярной концентрации солей.

Сумма произведений молярных концентраций и парциальных молярных объемов

Сумма произведений между этими количествами равна единице:

∑ici⋅Vi¯ = 1. {\ Displaystyle \ sum _ {i} c_ {i} \ cdot {\ bar {V_ {i}}} = 1.}

Зависимость от объема

Молярная концентрация зависит от изменения объема раствора в основном за счет теплового расширения. На малых интервалах температуры зависимость

ci = ci, T01 + α⋅ΔT, {\ displaystyle c_ {i} = {\ frac {c_ {i, T_ {0}}} {1+ \ alpha \ cdot \ Delta T}},}

где ci, T0 {\ displaystyle c_ {i, T_ {0}}} - молярная концентрация при контрольной температуре, α {\ displaystyle \ alpha} - коэффициент теплового расширения смеси.

Пространственное изменение и диффузия

Молярная и массовая концентрации имеют разные значения в пространстве, где происходит диффузия.

Примеры

  • 11,6 г NaCl растворяют в 100 г воды. Конечная массовая концентрация ρ (NaCl) составляет:
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 составляет:

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 - это молярная масса NaCl.

  • Типичная задача в химии - приготовление 100 мл (= 0,1 л) раствора NaCl 2 моль / л в воде. Необходимая масса соли:
m (NaCl) = 2 моль / л × 0,1 л × 58 г / моль = 11,6 г

Для создания раствора 11,6 г NaCl помещают в мерную колбу, растворяют в небольшом количестве воды, а затем добавляют больше воды до тех пор, пока общий объем не достигнет 100 мл.

  • Плотность воды составляет приблизительно 1000 г / л, а ее молярная масса составляет 18,02 г / моль (или 1 / 18,02 = 0,055 моль / г). Следовательно, молярная концентрация воды составляет:
с (H2O) = 1000 г / л / 18,02 г / моль ≈ 55,5 моль / л

Аналогично, концентрация твердого водорода (молярная масса = 2,02 г / моль) составляет:

с (H2) = 88 г / л / 2,02 г / моль = 43,7 моль / л

Концентрация чистого четырехокиси осмия (молярная масса = 254,23 г / моль) составляет:

с (OsO4) = 5,1 кг / л / 254,23 г / моль = 20,1 моль / л.
  • Типичный белок в бактериях, таких как кишечная палочка , может иметь около 60 копий, а объем бактерии составляет около 10-15 {\ displaystyle 10 ^ {- 15}} L. Таким образом, числовая концентрация C равна:
C = 60 / (10-15 л) = 6 × 1016 л -1

Молярная концентрация составляет:

c = C / NA = 6 × 1016 л -1 / 6 × 1023 моль -1 = 10-7 моль / л = 100 нмоль / л
  • Ориентировочные диапазоны для анализа крови, отсортированные по молярной концентрации:

Порядки величины

Основная статья: порядки величины (молярная концентрация)

Формальная концентрация

Если концентрация относится к исходной химической формуле в растворе, молярную концентрацию иногда называют формальной концентрацией . Например, если раствор карбоната натрия (Na2CO3) имеет формальную концентрацию c (Na2CO3) = 1 моль / л, молярная концентрация составляет c (Na +) = 2 моль / л и c (CO2-
3) = 1 моль / л, потому что соль диссоциирует на эти ионы.


просмотров: 109