Koncentráció
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.[1]
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.[* 1]
Ha az elegy több komponensből áll, mindig kiemeljük közülük a számunkra lényegeset. Ez az értékes komponens. Ennek mennyisége kerül a tört számlálójába.
A szó a latin com (együtt, össze) és a görög kentron (κέντρον = középpont) → latin centrum összevonásából származik.[2]
A szakmai gyakorlatban használt mennyiségek
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 százalékjelek használata is elavult. [* 2]
Magyarázata angol nyelven: NIST Guide to the SI dokumentum 7.10.2 fejezete. Az alábbiakat a szakmai gyakorlatban is használják, annak ellenére, hogy nem szabványosak:
A koncentráció fajtái
A koncentráció olyan elnevezés, amelyet sok esetben még komoly szakirodalmi források is tévesen használnak, gyűjtőfogalomként. Ebben az értelemben a koncentráció ’összetételi arány valamilyen közelebbről meg nem határozott mértékegységben’. Ezek közül csak a bevezetőben említett négy mennyiség nevezhető koncentrációnak.
Tömegkoncentráció
Jele: ρ vagy γ, mértékegysége: kg/m³ vagy g/dm³ (utóbbi nem szabványos, de használatban van).
Egy dm³ oldatban (V) lévő oldott anyag grammokban kifejezett tömege (mB). A tömegkoncentráció definíciója az IUPAC megfogalmazásában: egy adott összetevő tömege elosztva az elegy térfogatával.[3]
Anyagmennyiség-koncentráció
Nevezik még molaritásnak vagy moláris koncentrációnak is. Jele: c, mértékegysége: mol/dm³.
Egy dm³ oldatban (V) lévő oldott anyag mólokban kifejezett kémiai anyagmennyisége (nB). Az anyagmennyiség-koncentráció definíciója az IUPAC megfogalmazásában: egy adott összetevő anyagmennyisége elosztva az elegy térfogatával.[4]
Az IUPAC azonosnak tekinti a molaritást az anyagmennyiség-koncentrációval,[5] és (lábjegyzetben) jóváhagyja 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
Részecskeszám-koncentráció
Jele: C, mértékegysége: 1/m³.
Az oldott anyag részecskeszámának (NB) és az oldat térfogatának (V) hányadosa. A részecskeszám-koncentráció definíciója az IUPAC megfogalmazásában: az elegyben lévő összetevő részecskéinek száma elosztva az elegy térfogatával.[6]
Térfogati koncentráció
Jele: σ, mértékegysége: 1.
Az oldott anyag térfogatának (VB) és az oldat térfogatának (V) hányadosa.
Kapcsolódó kifejezések
Molalitás
Nevezik még molális koncentrációnak vagy Raoult-koncentrációnak is, de ezek helytelen elnevezések, ugyanis a molalitás nem felel meg a koncentráció meghatározásának. Jele: m, mértékegysége: mol/kg.
Egy kg oldószerben (mA) lévő, MB moláris tömegű oldott anyag mólokban kifejezett kémiai anyagmennyisége (nB). A molalitás definíciója az IUPAC megfogalmazásában: az oldott anyag anyagmennyisége elosztva az oldószer tömegével.[7]
=
Tömegtört
Jele: w, mértékegysége: 1.
A tömegtört az oldott anyag tömegének (mB) és az oldat tömegének (m) hányadosa. A tömegtört definíciója az IUPAC megfogalmazásában: egy adott összetevő tömege elosztva az elegyben lévő összes összetevő együttes tömegével.[8]
A tömegtört SI-mértékegysége 1. Ha osztó, vagy szorzó mennyiségeket kell jelölni, használható a kg/kg, g/kg, μg/kg stb.
Anyagmennyiség-tört
Régebbi elnevezése móltört. Jele: x (gázkeverékeknél y[9]), mértékegysége: 1.
Az oldott anyag mólokban kifejezett kémiai anyagmennyisége (nB) hányad része az oldatban lévő, mólokban kifejezett összes kémiai anyagmennyiségnek (nA+nB). Az anyagmennyiség-tört definíciója az IUPAC megfogalmazásában: egy adott összetevő anyagmennyisége elosztva az elegyben lévő összes összetevő együttes anyagmennyiségével.[10]
továbbá:
Térfogattört
Jele: Φ, mértékegysége: 1.
Az oldott anyag térfogatának (VB) és az oldatot alkotó összetevők kiindulási térfogatának (V0) hányadosa. A térfogattört definíciója az IUPAC megfogalmazásában: az elegyben lévő adott összetevő térfogata elosztva az összetevők elegyedés előtti együttes térfogatával.[11]
Anyagmennyiség-százalék
Régebbi elnevezése mólszázalék. Jele: %(n/n) vagy (n/n%) (nem szabványos jelek).
100 mol oldatban (n) lévő oldott anyag (nB) mólban kifejezett anyagmennyisége.
Értéke megegyezik az anyagmennyiség-tört (xB) százszorosával:
Tömegszázalék
Jele: %(m/m) vagy (m/m%) (nem szabványos jelek).
100 g oldatban (m) lévő oldott anyag grammokban kifejezett tömege (mB):
Értéke megegyezik a tömegtört (wB) százszorosával:
Térfogatszázalék
Jele: %(V/V) vagy V/V% (nem szabványos jelek).
100 cm³ oldatban (V0) lévő, oldott anyag térfogata (VB):
Értéke megegyezik a térfogattört (ΦB) százszorosával:
Megjegyzés: a térfogatok nem összeadhatók, az oldat térfogata nem egyenlő A és B komponens térfogatának az összegével.
Vegyesszázalék
Jele: %(m/V) vagy (m/V%) (nem szabványos jelek).
100 cm³ oldatban (V) lévő, oldott anyag grammban mért tömegét (mB) adja meg.
További kifejezések
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 a tömegarány, az anyagmennyiség-arány, a részecskeszám-arány, valamint a térfogatarány esetén is.[12]
Az alábbiakra angol nyelvű magyarázat található a NIST Guide to SI dokumentum "7.10.3 ppm, ppb, ppt" című fejezetében. Ennek értelmében ezek használata kerülendő. Magyarázata a Wikipédiában a Rövid és hosszú skála 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 USA-ban meghonosodott elnevezések
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.
Megjegyzések
- ↑ A kémiában használatos az értékes komponens és az oldószer mennyiségének hányadosa. Erre általános magyar nyelvű kifejezés nincs, angolul ilyen például a mass per volume ratio, amelynek mértékegysége megegyezik a tömegkoncentráció mértékegységével.
- ↑ A százalék fogalma csakis a mérőszámra vonatkozóan használható, és azt jelenti, hogy helyette egy százszor nagyobb számértéket használunk; ebben az értelemben korlátozás nélkül használható. Használata csak a fizikai mennyiség nevében és mértékegységeben hibás.
Jegyzetek
- ↑ IUPAC Gold Book - concentration. goldbook.iupac.org, 2020
- ↑ Fülöp József: Rövid kémiai értelmező és etimológiai szótár. Celldömölk: Pauz–Westermann Könyvkiadó Kft. 1998. 82. o. ISBN 963 8334 96 7
- ↑ IUPAC Gold Book - mass concentration. goldbook.iupac.org, 2020
- ↑ IUPAC Gold Book - amount concentration. goldbook.iupac.org, 2020. [2017. március 7-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2020. június 9.)
- ↑ This quantity is also sometimes called molarity
- ↑ IUPAC Gold Book - number concentration. goldbook.iupac.org, 2020
- ↑ IUPAC Gold Book - molality. goldbook.iupac.org, 2020
- ↑ IUPAC Gold Book - mass fraction. goldbook.iupac.org, 2020
- ↑ IUPAC Gold Book – amount fraction x (y for gaseous mixtures). goldbook.iupac.org, 2020
- ↑ IUPAC Gold Book - amount fraction. goldbook.iupac.org, 2020
- ↑ IUPAC Gold Book - volume fraction. goldbook.iupac.org, 2020
- ↑ Green Book. IUPAC, 2011. [2017. február 15-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2017. március 25.)
Források
- Dr. Lázár István: Általános és szervetlen kémia, Kossuth Egyetemi Kiadó, Debrecen, 2000
További információk
- NIST Guide to SI, hetedik rész
- Green Book, második kiadás, bár már létezik harmadik kiadása is.