Концентрација

У хемији, концентрација представља најподеснију величину за квантитативно одређивање раствора. Поред концентрације, користе се између осталих и величине попут молалитета, масеног удела, молског процента итд. Израз концентрација може се применити у било којој врсти хемијске смеше, но најчешће се примењује на растворене материје у растворима.

Квалитативан опис

Ове чаше са црвеном бојом приказују квалитативне промене у концентрацији. Раствори на левој страни су мање концентрисани, док су они на десној страни више концентрисане.

Често у неформалном, нетехничком језику, концентрација се описује на квалитативан начин, употребом придева као што су „разблажен” за растворе релативно ниске концентрације и „концентрован” за растворе релативно високе концентрације. Да би се концентровао раствор, мора се додати више растворка (на пример, алкохола) или смањити количина растварача (на пример, воде). Супротно томе, да би се раствор разблажио, мора се додати више растварача или смањити количину растворка. Осим ако се две материје потпуно не мешају, постоји концентрација изнад које се даље неће растворити растворак у растварачу. За ту тачку се каже да је раствор засићен. Ако се дода додатни растворак засићеном раствору, он се неће растворити, осим у одређеним околностима, када се може јавити презасићеност. Уместо тога, доћи ће до одвајања фаза, што ће довести до коегзистирања фаза, било у потпуности одвојених или мешаних као суспензија. Тачка засићења зависи од многих променљивих, као што су температура околине и прецизна хемијска природа растварача и растворка.

Концентрације се често називају нивоима, који одражавају менталну шему нивоа на вертикалној оси графикона, који могу бити високи или ниски (на пример, „високи нивои билирубина у серуму” су концентрације билирубина у крвном серуму већи од нормалних).

Квантитативна нотација

Постоје четири количине које описују концентрацију:

Масена концентрација

Главни чланак: Масена концентрација (хемија)

Масена концентрација $\rho _{i}$ представља масу компоненте раствора ($m_{i}$) по јединици запремине ($V$). Јединица јој је (g/dm³)

$\rho _{i}={\frac {m_{i}}{V}}={\frac {(masa~komponente)}{(ukupna~zapremina~rastvora)}}$

Моларитет

Главни чланак: Моларна концентрација

Моларитет или запреминска (моларна) концентрација $c_{i}$ представља број молова компоненте растворка $n_{i}$ по јединици запремине $V$. Јединица је (mol/dm³ = M)

$c_{i}={\frac {n_{i}}{V}}={\frac {(broj~molova~komponente)}{(ukupna~zapremina~rastvora)}}$

Бројевна концентрација

Главни чланак: Бројевна концентрација

Бројевна концентрација $C_{i}$ је дефинисана као број ентитета конституента $N_{i}$ у смеши подељен запремином смеше $V$:

$C_{i}={\frac {N_{i}}{V}}.$

СИ јединица је 1/m³.

Запреминска концентрација

Запреминска концентрација $\sigma _{i}$ (коју не треба поистовећивати са запреминским уделом) представља однос између запремине растворка $V_{i}$ и запремине смеше $V$. Relativna је величина, па као таква може да се изрази у процентима, промилима, деловима по милиону, итд...

$\sigma _{i}={\frac {V_{i}}{V}}={\frac {(zapremina~rastvorka)}{(ukupna~zapremina~rastvora)}}$

Сродне количине

Неколико других количина може се користити за описивање састава смеше. Треба имати на уму да се оне не би требале називати концентрацијама.

Нормалитет

Нормалитет представља број молских еквивалената неке компоненте по јединици запремине. Јединица му је (Eq/dm³). Вредност ове величине зависи од избора молског еквивалента, тј. колико молова ће бити у једном молском еквиваленту. Тако нормалитет од нпр. раствора чији је моларитет 1 mol/dm³ бирањем молског еквивалента од 2 mol/Eq постаје 0.5 Eq/dm³.

$(normalitet)={\frac {(broj~molskih~ekvivalenata)}{(ukupna~masa~rastvora)}}$

Молалитет

Молалитет представља величину сличну моларној концентрацији или моларитету. То је број молова растворене супстанце по јединици масе растварача. Јединица му је (mol/kg).

$(molalitet)={\frac {(broj~molova~komponente)}{(masa~rastvaraca)}}$

Моларни удео

Главни чланак: Моларни удео

Моларни удео $x_{i}$ је дефинисан као количина конституента $n_{i}$ (у моловима) подељена укупном количином свих конституената у смеши $n_{\mathrm {tot} }$:

$x_{i}={\frac {n_{i}}{n_{\mathrm {tot} }}}.$

СИ јединица је mol/mol. Међутим, застарела делови-по нотација често се користи за описивање малих моларних фракција.

Моларни однос

Моларни однос $r_{i}$ је дефинисан као количина конституента $n_{i}$ подељена укупном количином свих других конституената у смеши:

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

Ако је $n_{i}$ знатно мање од $n_{\mathrm {tot} }$, моларни однос је скоро идентичан са моларним уделом.

СИ јединица је mol/mol. Међутим, застарела делови-по нотација често се користи за описивање малих моларних односа.

Масени удео

Главни чланак: Масени удео (хемија)

Масени удео $w_{i}$ је фракција једне супстанце са масом $m_{i}$ у маси укупне смеше $m_{\mathrm {tot} }$, дефинисана као:

$w_{i}={\frac {m_{i}}{m_{\mathrm {tot} }}}.$

СИ јединица је kg/kg. Међутим, застарела делови-по нотација често се користи за описивање малих масених удела.

Масени однос

Главни чланак: Однос смеше

Масени однос $\zeta _{i}$ је дефинисан као маса конституента $m_{i}$ подељена тоталном масом свих других конституената смеше:

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

Ако је $m_{i}$ знатно мање од $m_{\mathrm {tot} }$, масени однос је скоро идентичан са масеним уделом.

СИ јединица је kg/kg. Међутим, застарела делови-по нотација често се користи за описивање малих масених односа.

Табела концентрација и повезаних количина

Врста концентрације	Симбол	Дефиниција	Јединица у СИ систему	друга/е јединица/е
масена концентрација	$\gamma$	$m_{B}/V$	kg/m3	g/100mL (=g/dL)
моларна концентрација	$c$	$n_{B}/V$	mol/m3	M (=mol/L)
бројчана концентрација	$C$	$N_{B}/V$	1/m3	1/cm3
запреминска концентрација	$\phi$	$V_{B}/V$	m3/m3
Повезане количине	Симбол	Дефиниција	Јединица у СИ систему	друга/е јединица/е
нормалност		$c/f_{eq}$	mol/m3	N (=mol/L)
молалност	$b$	$n_{B}/m_{otapala}$	mol/kg
моларни удео	$x_{B}$	$n_{B}/n_{uk}$	mol/mol	ppm, ppb, ppt
моларни однос	$r$	$n_{B}/(n_{uk}-n_{B})$	mol/mol	ppm, ppb, ppt
масени удео	$w_{B}$	$m_{B}/m_{uk}$	kg/kg	ppm, ppb, ppt
масени однос	$\zeta$	$m_{B}/(m_{uk}-m_{B})$	kg/kg	ppm, ppb, ppt

Литература

• Holler, F. James; Skoog, Douglas A.; West, Donald M. (1996). Fundamentals of analytical chemistry. Philadelphia: Saunders College Pub. ISBN 978-0-03-005938-4.