Stężenie molowe - Molar concentration

Stężenie molowe
Wspólne symbole
C
Jednostka SI mol/L
W jednostkach podstawowych SI m -3 mol
Pochodne z
innych wielkości
c = n / V
Wymiar

Stężenie molowe (zwany również stężenie molowe , stężenie ilość lub stężenie substancji ) jest miarą stężenia w ciągu związków chemicznych , w szczególności w substancji rozpuszczonej w roztworze , pod względem ilości substancji na jednostkę objętości roztworu. W chemii najczęściej stosowaną jednostką molarności jest liczba moli na litr , mająca symbol jednostki mol/L lub moldm -3 w jednostce SI. Roztwór o stężeniu 1 mol / l mówi się 1 molowy, zwykle oznaczony jako 1 M., aby uniknąć pomylenia z SI prefiksu mega , który ma ten sam skrót, czapeczki lub kursywą K są również stosowane w czasopismach i podręcznikach .

Definicja

Stężenie molowe lub molarność jest najczęściej wyrażana w jednostkach moli substancji rozpuszczonej na litr roztworu . Do użytku w szerszych zastosowaniach definiuje się go jako ilość substancji rozpuszczonej na jednostkę objętości roztworu lub na jednostkę objętości dostępną dla gatunku, reprezentowaną przez małe litery :

Tutaj jest ilość substancji rozpuszczonej w molach, jest to liczba cząstek składowych obecnych w objętości (w litrach) roztworu i jest stałą Avogadro , od 2019 roku zdefiniowaną jako dokładnie6,022 140 76 x 10 23  mol- 1 . Stosunek to gęstość liczb .

W termodynamice stosowanie stężeń molowych jest często niewygodne, ponieważ objętość większości roztworów nieznacznie zależy od temperatury ze względu na rozszerzalność cieplną . Ten problem jest zwykle rozwiązywany przez wprowadzenie współczynników korekcji temperatury lub przez zastosowanie niezależnego od temperatury pomiaru stężenia, takiego jak molalność .

Wzajemny ilość reprezentuje rozcieńczenie (objętość), który może się pojawić w Ostwalda prawa rozcieńczania .

Formalność lub stężenie analityczne

Jeśli jednostka Molecular dysocjuje w roztworze, stężenie odnosi się do oryginalnego wzoru chemicznego w roztworze, stężenie molowe są czasami nazywane formalne stężenie lub formalny ( M ) lub stężenia analitycznego ( c A ). Na przykład, jeśli roztwór węglanu sodu (Na 2 CO 3 ) ma formalne stężenie c (Na 2 CO 3 ) = 1 mol/L, stężenia molowe wynoszą c (Na + ) = 2 mol/L ic (CO2
3
) = 1 mol/L, ponieważ sól dysocjuje na te jony.

Jednostki

W Międzynarodowym Układzie Jednostek (SI) spójną jednostką stężenia molowego jest mol / m 3 . Jest to jednak niewygodne dla większości celów laboratoryjnych, a większość literatury chemicznej tradycyjnie używa mol / dm 3 , co odpowiada mol / L . Ta tradycyjna jednostka jest często oznaczana literą M, opcjonalnie poprzedzona prefiksem SI w celu oznaczenia podwielokrotności, na przykład:

moli / m 3 = 10 -3 mola / dm 3 = 10 -3 mol / L = 10 -3  M = 1 mmol / L = 1 mm.

Jednostki milimolowe i mikromolowe odnoszą się odpowiednio do mM i μM ( 10-3  mol / L i 10-6  mol / L ).

Nazwa Skrót Stężenie
(mol/L) (mol/m 3 )
milimolowe mM 10 -3 10 0
mikromolarny μM 10 -6 10 -3
nanomolarny nM 10 -9 10 -6
pikomolarny po południu 10 -12 10 -9
femtomolowy fM 10 -15 10 -12
atomowy jestem 10 -18 10 -15
zeptomolarny zM 10 -21 10 -18
yoctomolar yM 10 -24
(6 cząstek na 10 litrów)
10 -21

Powiązane ilości

Koncentracja liczb

Konwersja na stężenie liczbowe jest dana przez

gdzie jest stała Avogadro .

Koncentracja masowa

Przeliczenie na stężenie masowe jest podane przez

gdzie jest masa molowa składnika .

Ułamek molowy

Konwersja na ułamek molowy jest dana przez

gdzie to średnia masa molowa roztworu, to gęstość roztworu.

Prostszą zależność można uzyskać, biorąc pod uwagę całkowite stężenie molowe, a mianowicie sumę stężeń molowych wszystkich składników mieszaniny:

Ułamek masowy

Przeliczenie na ułamek masowy jest podane przez

Molalność

W przypadku mieszanin binarnych konwersja do molalności wynosi

gdzie rozpuszczalnikiem jest substancja 1, a substancją rozpuszczoną jest substancja 2.

W przypadku rozwiązań z więcej niż jedną substancją, konwersja wynosi

Nieruchomości

Suma stężeń molowych – relacje normalizujące

Suma stężeń molowych daje całkowite stężenie molowe, a mianowicie gęstość mieszaniny podzieloną przez masę molową mieszaniny lub inną nazwą odwrotność objętości molowej mieszaniny. W roztworze jonowym siła jonowa jest proporcjonalna do sumy stężenia molowego soli.

Suma iloczynów stężeń molowych i częściowych objętości molowych

Suma produktów pomiędzy tymi ilościami wynosi jeden:

Zależność od głośności

Stężenie molowe zależy od zmienności objętości roztworu spowodowanej głównie rozszerzalnością cieplną. W małych przedziałach temperatury zależność wynosi

gdzie jest stężeniem molowym w temperaturze odniesienia, jest współczynnikiem rozszerzalności cieplnej mieszaniny.

Przykłady

  • 11,6 g NaCl rozpuszcza się w 100 g wody. Końcowe stężenie masowe ρ (NaCl) wynosi
    ρ (NaCl) = 11,6 g/11,6 g + 100 g = 0,104 g/g = 10,4%.

    Gęstość takiego roztworu wynosi 1,07 g/mL, a więc jego objętość wynosi

    V = 11,6 g + 100 g/1,07 g/ml = 104,3 ml.

    Stężenie molowe NaCl w roztworze wynosi zatem

    c (NaCl) =11,6 g/58 g/mol / 104,3 ml = 0,00192 mol/ml = 1,92 mol/l.
    Tutaj 58 g/mol to masa molowa NaCl.
  • Typowym zadaniem w chemii jest przygotowanie 100 ml (= 0,1 l) roztworu NaCl o stężeniu 2 mol/l w wodzie. Potrzebna masa soli to
    m (NaCl) = 2 mol/L × 0,1 L × 58 g/mol = 11,6 g.
    Aby wytworzyć roztwór, 11,6 g NaCl umieszcza się w kolbie miarowej , rozpuszcza się w niewielkiej ilości wody, a następnie dodaje więcej wody, aż całkowita objętość osiągnie 100 ml.
  • Gęstość wody wynosi około 1000 g/l, a jej masa molowa 18,02 g/mol (lub 1/18,02 = 0,055 mol/g). Dlatego stężenie molowe wody wynosi
    C (H 2 O) =1000g/L/18,02 g/mol ≈ 55,5 mol/l.
    Podobnie stężenie stałego wodoru (masa molowa = 2,02 g/mol) wynosi
    c (H 2 ) =88 g/L/2,02 g/mol = 43,7 mol/L.
    Stężenie czystego tetratlenku osmu (masa molowa = 254,23 g/mol) wynosi
    c (OsO 4 ) =5,1 kg/L/254,23 g/mol = 20,1 mol/L.
  • Typowe białka w bakteriach , takich jak E. coli , może mieć około 60 kopii, a ilość bakterii wynosi około 10 -15  L. W ten sposób, stężenie ilość C jest
    C = 60 / (10 -15 L) = 6 x 10 16 L -1 .
    Stężenie molowe wynosi
    c =C/N A = 6 × 10 16 l -1/6 × 10 23 mol -1= 10-7 mol/L = 100 nmol/L.
  • Zakresy referencyjne dla badań krwi , posortowane według stężenia molowego:

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki