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.

Епрувете са течношћу у којој је растворена плава боја у различитим концентрацијама. У епрувети са тамноплавом течношћу (испред) плава боја је растворена у високој концентрацији. У следећим епруветама, плава боја је растворена у мањој концентрацији (што одговара мањој количини, пошто је запремина приближно иста). Слика је генерисана вештачком интелигенцијом.

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. 
• IUPAC. „solution”. Kompendijum hemijske terminologije (Internet izdanje).
• Crouch, Stanley; Skoog, Douglas A. (2007). Principles of instrumental analysis. Australia: Thomson Brooks/Cole. ISBN 978-0-495-01201-6. 
• Nieman, Timothy A.; Skoog, Douglas A.; Holler, F. James (1998). Principles of instrumental analysis. Pacific Grove, CA: Brooks/Cole. ISBN 978-0-03-002078-0. 
• Bettencourt da Silva, R; Bulska, E; Godlewska-Zylkiewicz, B; Hedrich, M; Majcen, N; Magnusson, B; Marincic, S; Papadakis, I; Patriarca, M; Vassileva, E; Taylor, P. . Analytical measurement: measurement uncertainty and statistics. 2012. ISBN 978-92-79-23070-7. 
• Skoog, Leary: Instrumentelle Analytik. Grundlagen, Geräte, Anwendungen.. Springer-Lehrbuch. . Berlin: Springer Verlag. 1996. ISBN 978-3-540-60450-1. 
• Einax, Heinz Zwanziger, Geiss: Chemometrics in environmental analysis.. VCH Verlag, Weinheim. 1997. ISBN 978-3-527-28772-7.
• Georg Schwedt: Analytische Chemie.. Wiley-VCH. 2004. ISBN 978-3-527-30866-8.
• Jander, Blasius, Strähle: Einführung in das anorganisch-chemische Praktikum (einschl. der quantitativen Analyse).. Hirzel, Stuttgart, 15., neu bearb. Auflage. 2005. ISBN 978-3-7776-1364-2.
• Gerhard Jander, Blasius, Strähle, Schweda: Lehrbuch der analytischen und präparativen anorganischen Chemie.. Hirzel, Stuttgart, 16., überarb. Auflage. 2006. ISBN 978-3-7776-1388-8.
• Otto: Analytische Chemie.. Wiley-VCH, 3., vollst. überarb. u. erw. Auflage. 2006. ISBN 978-3-527-31416-4.
• Handbuch der experimentellen Chemie; Sekundarbereich II, Band 3 + 4, Analytische Chemie und Umweltanalytik I + II. Aulis Verlag Deubner & Co. KG, Köln.
• Jones, Richard G.; Wilks, Edward S.; Metanomski, W. Val; Kahovec, Jaroslav; Hess, Michael; Stepto, Robert; Kitayama, Tatsuki, ур. (2009). Compendium of Polymer Terminology and Nomenclature (IUPAC Recommendations 2008) (2nd изд.). RSC Publ. стр. 464. ISBN 978-0-85404-491-7. 
• Lyklema, J. Fundamentals of Interface and Colloid Science, Vol. 2, p. 3208, 1995
• Rodil, Ma. Lourdes C. (1997). Chemistry The Central Science (7th изд.). ISBN 978-0-13-533480-5. 
• Darragh, P.J., et al., Scientific American, Vol. 234, p. 84, (1976)
• Luck, W. et al., Ber. Busenges Phys. Chem., Vol. 67, p. 84 (1963);
• Hiltner, P.A. and Krieger, I.M., Diffraction of Light by Ordered Suspensions, J. Phys. Chem., Vol. 73, p. 2306 (1969)
• Arora, A.K., Tata, B.V.R., Eds. Ordering & Phase Transitions in Charged Colloids Wiley, New York (1996)
• Sood, A.K. in Solid State Physics, Eds. Ehrenreich, H., Turnbull, D., Vol. 45, p. 1 (1991)
• Sherman, Philip (1963). Rheology of emulsions: proceedings of a symposium held by the British Society of Rheology ... Harrogate, October 1962. British Society of Rheology. Macmillan. 
• Handbook of Nanostructured Materials and Nanotechnology; Nalwa, H.S., Ed.; Academic Press: New York, NY, USA, 2000; Volume 5, pp. 501–575
• Colbeck, Ian; Lazaridis, Mihalis, ур. (2014). Aerosol Science: Technology and Applications. John Wiley & Sons - Science. ISBN 978-1-119-97792-6. 
• Hinds, William C. (1999). Aerosol Technology (2nd изд.). Wiley - Interscience. ISBN 978-0-471-19410-1. 
• Lucassen, J. (1981). Lucassen-Reijnders, E. H., ур. Anionic Surfactants – Physical Chemistry of Surfactant Action. NY, USA: Marcel Dekker. 
• Pruppacher, H. R.; Klett, J. D. Microphysics of Clouds and Precipitation (2nd изд.). Springer. ISBN 978-0-7923-4409-4. 
• Seinfeld, John; Pandis, Spyros (1998). Atmospheric Chemistry and Physics: From Air Pollution to Climate Change (2nd изд.). Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. ISBN 978-0-471-17816-3.