Концентрация. Способы выражения концентрации

 

Относительное содержание компонентов раствора характеризуется концентрацией. Следует помнить, что понятие “концентрация” может быть применено к каждому из компонентов раствора, а не только к растворённому веществу. Более того, исходя из определения концентрации как отношения числа частиц компонента системы, его количества (в моль) или массы к объёму системы, можно говорить и о концентрации чистого вещества. Например, в чистой воде её концентрация составляет 55,555... моль/л.

Концентрация i -того компонента в растворе может быть выражена различными способами. Наиболее употребительными из них являются следующие:

mi w i = ¾¾¾.     å mi

Массовая доля w _i - отношение массы данного компонента m_i к массе всего раствора (равной сумме масс всех компонентов):

Умножением w _i на 100 получают массовый процент i-того компонента:

w _{i , %} = w _i ´100.

Сумма массовых долей всех компонентов раствора равна 1, а сумма массовых процентов - 100%.

Объёмная доля j _i - отношение объёма данного компонента V_i к объёму V раствора:

Vi j i = ¾¾¾. V

Часто из-за явления контракции объём раствора не равен сумме объёмов его компонентов. Поэтому V требуется или измерять, или вычислять с помощью массы и плотности раствора.

Умножением j _i на 100 получают объёмный процент  i -того компонента:

j _{i , %} = j _i ´ 100.

В старой литературе можно встретить выражение “градус”, являющееся синонимом объёмного процента.

Сумма объёмных долей всех компонентов раствора равна 1, а сумма объёмных процентов - 100%.

Молярная (мольная) доля   Х _i - отношение количества вещества данного компонента n_i, выраженного в моль,к суммарному количеству вещества всех компонентов раствора:

ni Х i = ¾¾.    å ni

Молярная доля является наиболее “естественным” способом выражения концентрации, так как представляет собой, по существу, отношение числа молекул данного компонента к общему числу молекул в растворе. Умножением Х _i на 100 получают молярный (мольный) процент  i -того компонента:

Х _{i , %} = Х _i ´ 100.

Сумма молярных долей всех компонентов раствора равна 1, а сумма молярных процентов - 100%.

       Молярная концентрация   i -того компонента С - отношение количества вещества данного компонента n_i, выраженного в моль, к объёму раствора V:

ni С i = ¾¾.      V

Размерность молярной концентрации в системе СИ - моль/м³. Однако в лабораторной практике чаще используется другая размерность - моль/л. В этом последнем случае принято обозначать молярную концентрацию буквой М. Например, 2М раствор - раствор с концентрацией 2 моль/л.

       Молярная концентрация эквивалента   i -того компонента N_i - отношение количества вещества данного компонента, выраженного в молярных массах эквивалента n _{Э i}, к объёму раствора V:

n Э i Ni = ¾¾.      V

Размерность молярной концентрации эквивалента такая же, как и у С _i - моль/м³ или моль/л. В последнем случае принято обозначать молярную концентрацию эквивалента буквой н с точкой. Например, 3н. раствор - раствор с концентрацией 3 моль/л.

Молярная концентрация эквивалента может быть вычислена умножением молярной концентрации С _i на число эквивалентов, содержащееся в 1 моль данного компонента. Например, если молярная концентрация серной кислоты в водном растворе равна 1М, то N = 2 С _i = 2н.

Моляльная концентрация   (моляльность) i -того компонента m_i выражается отношением количества вещества данного компонента n_i, выраженного в моль, к массе растворителя m _А:

ni mi = ¾¾.      m A

Размерность моляльной концентрации в системе СИ моль/кг. Она может быть вычислена с использованием массовых количеств растворённого вещества b и растворителя а, выраженных в граммах, по формуле

1000 b mi = ¾¾¾¾,  М а

где М - молярная масса растворённого вещества, 1000 - коэффициент пересчёта массы из г в кг.

       Моляльность, в отличие от молярной концентрации, не зависит от внешних факторов, например, от изменения объёма и плотности раствора вследствие теплового расширения при повышении температуры. Как правило, она используется тогда, когда требуется точное значение концентрации компонента, не зависящее от температуры, например, при изучении коллигативных свойств растворов, при измерении теплот растворения, при электрохимических измерениях и т. п.