Koncentracija

U hemiji, koncentracija je obilnost sastojka podijeljena ukupnom zapreminom smjese. Može se razlikovati nekoliko tipova matematičkog opisa: masena koncentracija, molarna koncentracija, brojčana koncentracija i volumenska koncentracija. Koncentracija se može odnositi na bilo koju vrstu hemijske smjese, ali se najčešće odnosi na rastvorene materije i rastvarače u rastvor. Molarna (količina) koncentracija ima varijante, kao što su normalna koncentracija i osmotska koncentracija. Razrjeđivanje je smanjenje koncentracije, npr. dodavanjem rastvarača u rastvor. Glagol koncentrirati znači povećati koncentraciju, suprotno od razrijediti.

Etimologija

Koncentracija -, concentratio, radnja ili čin okupljanja u kući na farmi na jednom mjestu, dovodeći crnce kao robove u zajednički centar, korišten je u postklasičnom latinskom 1550. ili ranije, slični termini potvrđeni u italijanskom (1589), španskom (1589), engleskom (1606), francuskom (1632).

Kvalitativni opis

Ove čašice koje sadrže crvenu boju pokazuju kvalitativne promjene u koncentraciji. Rastvori s lijeve strane su razrijeđeniji u poređenju s koncentriranijim rastvorima s desne strane.

Često se neformalnim, netehničkim jezikom, koncentracija opisuje na kvalitativni način, upotrebom pridjeva kao što je "razrijediti" za rastvore relativno niske koncentracije i "koncentriran" za rastvore relativno visoke koncentracije. Da bi se rastvor koncentrirao, mora se dodati više otopljene tvari (na primjer, alkohola) ili smanjiti količinu rastvarača (naprimjer, vode). Nasuprot tome, da bi se rastvor razrijedio, mora se dodati više rastvarača ili smanjiti količinu otopljene tvari. Osim ako se dvije tvari ne miješaju, postoji koncentracija pri kojoj se više nijedna otopljena tvar neće rastvoriti u rastvoru. U ovom trenutku se za rastvor kaže da je zasićeni. Ako se zasićenom rastvoru doda dodatna rastvorena supstanca, ona se neće rastvoriti, osim u određenim okolnostima, kada može doći do prezasićenja. Umjesto toga, doći će do razdvajanja faza, što će dovesti do koegzistirajućih faza, bilo potpuno razdvojenih ili pomiješanih kao suspenzija. Tačka zasićenja zavisi od mnogih varijabli, kao što su temperatura okoline i precizna hemijska priroda rastvarača i rastvorene supstance. Koncentracije se često nazivaju nivoima, što odražava mentalnu shemu (psihologija) i shemu (ordinata) nivoa na vertikalnoj osi, koji mogu biti visoki ili niski (naprimjer, "visoki nivoi bilirubina u serumu" su koncentracije bilirubina u serumu koje su veće od normalnih). Masena koncentracija (hemija)}} Masena koncentracija $\rho _{i}$ se definiše kao masa sastojka $m_{i}$ podijeljena sa zapreminom smjese $V$:

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

Za koncentraciju, SI jedinica je kg/m³ (jednako g/L).

Molarna koncentracija

Glavni članak: Molarna koncentracija

Molarna koncentracija $c_{i}$ je definirana kao količina sastojka $n_{i}$ (u molovima) podijeljena sa zapreminom smjese $V$:

$c_{i}={\frac {n_{i}}{V}}.$

SI jedinica je mol/m³. Međutim, češće se koristi jedinica mol/L (= mol/dm³).

Brojna koncentracija

Glavni članak: Brojna koncentracija

Brojna koncentracija $C_{i}$ je definirana kao broj entitetasastojka $N_{i}$ u smjesi podijeljen sa zapreminom smjese $V$::$\rho _{i}={\frac {m_{i}}{V}}.$

SI jedinica je kg/m³ (jednako g/L).

Volumenska koncentracija

Volumenska koncentracija $\sigma _{i}$ (ne treba je miješati sa volumenska frakcija<$V$: Budući da je bezdimenzionalna, izražava se kao broj, npr. 0,18 ili 18%.

Izgleda da u engleskoj literaturi ne postoji standardna notacija. Slovo $\sigma _{i}$ koje se ovdje koristi je normativno u njemačkoj literaturi (vidi Volumenkonzentration).

Povezane veličine

Nekoliko drugih veličina može se koristiti za opisivanje sastava smjese. One se ne bi trebale nazivati koncentracijama.

Povezani kvantiteti

Još nekoliko kvantiteta može opisivati sastav smjese. One se ne bi trebale zvati koncentracijama.

Normalnost

Glavni članak: Normalnost (hemija)

Normalnost je definirana kao molarna koncentracija $c$ podijeljena s faktorom ekvivalentnosti $f_{eq}$. Otkad definicija faktora ekvivalentnosti možda nije nepristrana, IUPAC i NIST ne preporučaju korištenje normalnosti.

Molalnost

(Ne miješati s molarnost)

Molalnost (molalitet) otopine $b$ definirana je kao omjer otopljene tvari $n_{B}$ i mase otapala $m_{A}$ (ne mase otopine):

$b={\frac {n_{B}}{m_{A}}}$

Mjerna jedinica u SI sustavu je mol/kg.

Množinski udio

Množinski udio $x_{B}$ definira se kao množina tvari $n_{B}$ podijeljena s ukupnom množinom svih tvari u smjesi $n_{uk}$:

$n_{uk}=n_{A}+n_{B}$

$x_{B}={\frac {n_{B}}{n_{A}+n_{B}}}$

Jedinica u SI sustavu je mol/mol. Međutim, za male molarne udjele češće se koristi obilježavanje „partes per“ (lat. dijelova po). (eng. parts per hundred = posto, parts per thousand = promil)

Molarni omjer

Molarni omjer $r$ definira se kao množina tvari $n_{B}$ podijeljena s ukupnom količinom svih ostalih tvari u smjesi:

$r={\frac {n_{B}}{n_{uk}-n_{B}}}$

Ako je $n_{B}$ mnogo manji od $n_{uk}$, onda je molarni omjer gotovo identičan množinskom udjelu.

Jedinica u SI sustavu je mol/mol. Međutim, za male molarne omjere češće se koristi obilježavanje „parts per“ (dijelova po).

Maseni udio

Maseni udio $w_{B}$ je omjer mase otopljene tvari $m_{B}$ i mase otopine (koja je zbroj mase otopljene tvari i mase otapala) $m_{uk}$, to jest:

$w_{B}={\frac {m_{B}}{m_{A}+m_{B}}}$

Za izračunavanje masenog udjela sastojka $A$ u smjesi $A_{2}B_{3}$, formula glasi:

$w(A,A_{2}B_{3})={\frac {2\times Ar(A)}{Mr(A_{2}B_{3})}}$

U kojoj $Ar$ označava relativnu atomsku masu elementa, a $Mr$ relativnu molekulsku masu spoja.

Jedinica u SI sustavu je kg/kg. Međutim, za male masene udjele češće se koristi obilježavanje „parts per“ (dijelova po, per cent = po sto, ili u obliku po tisuću).

Maseni omjer

Maseni omjer $\zeta _{B}$ je definiran kao masa otopljene tvari $m_{B}$ podijeljena s ukupnom masom svih drugih tvari u smjesi:

$\zeta _{B}={\frac {m_{B}}{m_{uk}-m_{B}}}$

Jedinica u SI sustavu je kg/kg. Međutim, za male masene omjere češće se koristi obilježavanje „parts per“ (dijelova po).

Molni odnos

Glavni članak: Omjer miješanja

Molni odnos $r_{i}$ definira se kao količina jednog sastojka $n_{i}$ podijeljena ukupnom količinom svih ostalih sastojaka u smjesi:

$r_{i}={\frac {n_{i}}{n_{\mathrm {tot} }-n_{i}}}.$

Ako je $n_{i}$ mnogo manj od $n_{\mathrm {tot} }$, molni odnos je gotovo identičan molarnooj frakciji.

SI jedinica je mol/mol. Međutim, zastarjelo obilježavanje frakcija na (parts-per) se često koristi za opisivanje malih molarnih odnosa.

Molni odnos

Glavni članak: Omjer miješanja

Molski omjer $r_{i}$ definiran je kao količina jednog sastojka $n_{i}$ podijeljena s ukupnom količinom svih ostalih sastojaka u smjesi:

$r_{i}={\frac {n_{i}}{n_{\mathrm {tot} }-n_{i}}}.$

Maseni udio

Glavni članak: Maseni udio (hemija)

Maseni udio $w_{i}$ je udio jedne tvari s masom. Maseni odnos $\zeta _{i}$ definira se kao masa sastojka $m_{i}$ definira se kao masa sastojka

$\zeta _{i}={\frac {m_{i}}{m_{\mathrm {tot} }-m_{i}}}.$

Ako $m_{i}$ je mnogo manji od $m_{\mathrm {tot} }$, Omjer mase je gotovo identičan masenoj frakciji.

SI jedinica je kg/kg. Međutim, zastarjela notacija dijelova na dio se često koristi za opisivanje malih masenih udjela.

Odnos mase

Glavni članak: Odnos miješanja

Odnos mase $\zeta _{i}$ se definiše kao masa sastojka $m_{i}$ podijeljena sa ukupnom masom svih ostalih sastojaka u smjesi:

$\zeta _{i}={\frac {m_{i}}{m_{\mathrm {tot} }-m_{i}}}.$Ako $m_{i}$ mnogo manji od $m_{\mathrm {tot} }$, odnos mase je gotovo identičan masenoj frakciji.

SI jedinica je kg/kg. Međutim, zastarjela notacija dijelova na (parts-per) se često koristi za opisivanje malih odnosa mase.

Ovisnost o volumenu i temperaturi

Koncentracija zavisi od promjene volumena otopine s temperaturom, uglavnom zbog termičkog širenja.

Tabela koncentracija i srodnih veličina

Vrsta koncentracije	Simbol	Definicija	SI jedinica	Ostale jedinice
Masena +kconcentracija	$\rho _{i}$ ili $\gamma _{i}$	$m_{i}/V$	kg/m3	g/100mL (= g/dL)
Molarna koncentracija	$c_{i}$	$n_{i}/V$	mol/m3	M (= mol/L)
Brojčana koncentracija	$C_{i}$	$N_{i}/V$	1/m3	1/cm3
Volumenska koncentracija	$\sigma _{i}$	$V_{i}/V$	m3/m3
Srodne količine	Simbol	Definicija	SI jedinica	Ostale jedinice
Normalnost		$c_{i}/f_{\mathrm {eq} }$	mol/m3	N (= mol/L)
Molalitet	$b_{i}$	$n_{i}/m_{\mathrm {solvent} }$	mol/kg	m
Molna frakcija	$x_{i}$	$n_{i}/n_{\mathrm {tot} }$	mol/mol	ppm, ppb, ppt
Molski omjer	$r_{i}$	$n_{i}/(n_{\mathrm {tot} }-n_{i})$	mol/mol	ppm, ppb, ppt
Masena frakcija	$w_{i}$	$m_{i}/m_{\mathrm {tot} }$	kg/kg	ppm, ppb, ppt
Maseni omjer	$\zeta _{i}$	$m_{i}/(m_{\mathrm {tot} }-m_{i})$	kg/kg	ppm, ppb, ppt
Volumna frakcija	$\phi _{i}$	$V_{i}/\sum _{j}V_{j}$	m3/m3	ppm, ppb, ppt

Također pogledajte

• Omjer razrjeđivanja
• Koncentracija doze
• Serijska razrjeđenja
• Problem miješanja vina i vode
• Rastvorene tvari