Koncentráció

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A koncentráció az összetételi arány egyfajta kifejezése: négy mennyiség, amely kifejezi valamely elegy, keverék, vagy oldat egyik komponensének a térfogatra vonatkoztatott összetételét; így lehet tömegkoncentráció, anyagmennyiség-koncentráció, térfogati koncentráció, illetve részecskeszám-koncentráció.

A meghatározás az elegy teljes térfogatára vonatkozik. Ha csupán az oldószer térfogatára vonatkoztatjuk, az így nyert hányados már nem felel meg a koncentráció fenti meghatározásának.

Ha az elegy több komponensből áll, mindig kiemeljük közülük a számunkra lényegeset. Ez az értékes komponens. Ennek mennyisége kerül a tört számlálójába.

A koncentráció a kémiában arányszám valamely komponens (oldott anyag, B) és az egész rendszer (oldat), ill. az oldószer (A) mennyisége, vagyis térfogata, tömege, ill. kémiai anyagmennyisége között.

A szakmai gyakorlatban használt mennyiségek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az itt felsorolt, és az összetételi arány mérésére szolgáló fizikai mennyiségek nem csak a kémiában használatosak. Alkalmazásuknál vegyük figyelembe, hogy

  • a koncentráció szó csak azokra a mennyiségekre használható, amelyek nevezőjében az egész elegy térfogata szerepel
  • a mértékegység jelének nem szabad a fizikai mennyiségre utaló, vagy bármilyen egyéb jelet tartalmaznia. Éppígy; a fizikai mennyiség jele viszont nem tartalmazhat utalást a mértékegységre. Ezért az alábbiakban szereplő százalékjel használata is elavult.

Magyarázata angol nyelven: NIST Guide to the SI dokumentum 7.10.2 fejezete. Az alábbiakat a szakmai gyakorlatban használják, annak ellenére, hogy nem szabványosak:

Általános használata[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A koncentráció olyan elnevezés, amelyet még komoly szakirodalmi források is tévesen használnak, gyűjtőfogalomként. Ebben az értelemben koncentrációösszetételi arány valamilyen közelebbről meg nem határozott mértékegységben’. Ezek közül csak a bevezetőben említett négy mennyiség nevezhető koncentrációnak. A többinek eltérő neve van, úgy mint tömegtört, térfogattört, móltört, illetve a következőkben felsoroltak:

Tömegszázalék

A tömegtört, avagy a tömegarány mérőszámának százszorosa. Nem szabályos, de használják %(m/m), vagy (m/m%) jelöléssel

100 g oldatban (mA+mB) lévő oldott anyag grammokban kifejezett tömege (mB), ami a tömegtört (wB) százszorosa: w_\mathrm B = \frac{m_\mathrm B}{m_\mathrm A+m_\mathrm B},

továbbá  w_\mathrm B + w_\mathrm A = 1\

%(m/m) = w_\mathrm B \cdot 100%

A tömegtört SI mértékegysége 1. Ha osztó, vagy szorzó mennyiségeket kell jelölni, használható a kg/kg, g/kg, μg/kg, stb.

Térfogatszázalék

A térfogattört, vagy térfogatarány mérőszámának százszorosa. Nem szabályos, de használják %(V/V), vagy V/V% formában

100 cm3 oldatban (V0) lévő oldott anyag térfogata (VB), ami a térfogattört (ΦB) százszorosa:

 %(V/V) = \frac{V_\mathrm B}{V_0} \cdot 100% = \phi_\mathrm B \cdot 100%

Megjegyzés: a térfogatok nem összeadhatók, az oldat térfogata nem egyenlő A és B komponens térfogatának az összegével!

Tömegkoncentráció, ρB, kg/m3, (nem szabályos, de így is használják: g/dm3)

Egy dm3 oldatban (V0) lévő oldott anyag grammokban kifejezett tömege (mB):

 \rho_\mathrm B = \frac{m_\mathrm B}{V_0}

A vegyesszázalék %(m/V) az oldat 100 cm3-ében oldott anyag grammban mért tömegét adja meg.

Anyagmennyiség-koncentráció; molaritás, cB, mol/dm3

Egy dm3 oldatban (V0) lévő, MB moláris tömegű oldott anyag mólokban kifejezett kémiai anyagmennyisége (nB):

 c_\mathrm B =  \frac{n_\mathrm B}{V_0} = \frac{m_\mathrm B/M_\mathrm B}{V_0}

Az IUPAC azonosnak tekinti a molaritást az anyagmennyiség-koncentrációval[1], és (lábjegyzetben) jóvá hagyja a mol/dm3 mértékegységet. Ez nem koherens SI mértékegység; gyakorlatilag prefixumos mértékegységnek tekintjük. A molaritás annak kifejezése, hogy hányszor nagyobb, vagy hányszor kisebb az oldat összetétele, mint az 1 mol/dm3. Ugyancsak lábjegyzetben jóváhagyja a következő jelölést: 1 M

Molalitás vagy Raoult-koncentráció, mB, mol/kg

Egy kg oldószerben (mA) lévő, MB moláris tömegű oldott anyag mólokban kifejezett kémiai anyagmennyisége, (nB):

 m_\mathrm B = \frac{n_\mathrm B}{m_\mathrm A} =  \frac{m_\mathrm B/M_\mathrm B}{m_\mathrm A}

Móltört, xB (gázkeverékeknél yB[2])

Az oldott anyag mólokban kifejezett kémiai anyagmennyisége (nB) hányad része az oldatban lévő mólokban kifejezett összes kémiai anyagmennyiségnek (nA+nB):

 x_\mathrm B = \frac{n_\mathrm B}{n_\mathrm A+n_\mathrm B} = \frac{m_\mathrm B/M_\mathrm B}{m_\mathrm A/M_\mathrm A+m_\mathrm B/M_\mathrm B}

továbbá  x_\mathrm B + x_\mathrm A = 1\

A mólszázalék, %(n/n), a móltört százszorosa:

 %(n/n) = x_\mathrm B \cdot 100%

További kifejezések[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A nagyon kis koncentrációk megadására – a százalékos koncentráció értelmezéséhez hasonlóan – használunk további koncentráció-kifejezéseket: mint például az ezreléket, a milliomod részt, a billiomod részt stb. A mértékegységeknél SI-prefixumokat használunk. Ezek használatosak mind a tömegarány, mind a térfogatarány, mind pedig az anyagmennyiség-arány (részecskeszám-arány) megadására.

Az alábbiakra angol nyelvű magyarázat található a NIST Guide to SI dokumentum "7.10.3 ppm, ppb, ppt" című fejezetében. Ennek értemében ezek használatát kerülni kell. Magyarázata a Wikipédiában a többszörösöknek a nyelvtől függő használata című szócikkben található.

Az ezrelék, perthousand, (‰) megadja a rendszer ezer (103) egységében (tehát tömeg-, vagy térfogat-, vagy pedig anyagmennyiség-egységében (részecskeszámban, db.)) az illető komponens mennyiségét ugyanazon egységben. A definíciónak megfelelő használatos mértékegységek: mg/g, g/kg, kg/t; cm3/dm3, dm3/m3; mmol/mol.

A ppm (parts per million) megadja a rendszer millió (106) egységében (tehát tömeg-, vagy térfogat-, vagy pedig anyagmennyiség-egységében (részecskeszámban, db.)) az illető komponens mennyiségét ugyanazon egységben. A definíciónak megfelelő használatos mértékegységek: μg/g, mg/kg, g/t; cm3/m3; μmol/mol.

Az alábbiakban az USA-ban meghonosodott elnevezéseket találjuk.

A ppb (parts per billion) megadja a rendszer milliárd (109) egységében (tehát tömeg-, vagy térfogat-, vagy pedig anyagmennyiség-egységében (részecskeszámban, db.)) az illető komponens mennyiségét ugyanazon egységben.

A definíciónak megfelelő használatos mértékegységek: ng/g, μg/kg; mg/t; mm3/m3; nmol/mol. A billió Magyarországon természetesen 1012

A ppt (parts per trillion) megadja a rendszer billió (1012) egységében (tehát tömeg-, vagy térfogat-, vagy pedig anyagmennyiség-egységében (részecskeszámban, db.)) az illető komponens mennyiségét ugyanazon egységben. A definíciónak megfelelő használatos mértékegységek: pg/g, ng/kg, μg/t; µm3/cm3; pmol/mol. A trillió Magyarországon természetesen 1018

A ppq (parts per quadrillion) megadja a rendszer billiárd (1015) egységében (tehát tömeg-, vagy térfogat-, vagy pedig anyagmennyiség-egységében (részecskeszámban, db.)) az illető komponens mennyiségét ugyanazon egységben. A definíciónak megfelelő használatos mértékegységek: fg/g, pg/kg, ng/t; µm3/dm3; fmol/mol. A kvadrillió Magyarországon természetesen 1024

A fentiek ellentétére (a nagyon nagy rész kifejezésére) nincs elfogadott terminológia. Ezeket azonban a mértékegységgel egyértelműen jelölni lehet. Például kg/g, kg/mg, kg/μg; m3/dm3, mol/mmol, mol/μmol.

Problematikus a darabszámok arányának megadása. Ha 999 szem búza mellett van 1 szem konkoly, azt nem szabad így jelölni: 1k, mert a prefixum mértékegység nélkül értelmezhetetlen. (Lásd: NIST Guide to SI 7.10.1 Decimal multiples and submultiples of the unit one) Jelölése lehet 1k uno/uno, ezt a mértékegységet azonban az Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia még nem fogadta el. A helyes megoldás így: tisztasági fok = 103

A fenti mértékegységeket tört formájában adjuk meg. Ügyelni kell azonban arra, hogy vagy a tört számlálója, vagy a nevezője az adott mennyiség alapmértékegységét tartalmazza. Az előzőekben említett ng/t azért szabályos, mert az SI mértékegységrendszer engedélyezte a rendszeren kívüli tonna mértékegység használatát.

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Dr. Lázár István: Általános és szervetlen kémia, Kossuth Egyetemi Kiadó, Debrecen, 2000

Hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

NIST Guide to SI, hetedik rész

Green Book, második kiadás (A Green Book harmadik kiadása is hozzáférhető)

  1. This quantity is also sometimes called molarity
  2. http://goldbook.iupac.org/A00296.html