6.2.2. Единицы концентрации

Известны и применяются различные единицы концентра­ции. В табл. 35 приведены только некоторые из них.

Если в определении концентрации (см. с. 277) не конкре­тизируется, какие величины характеризуют содержание дан­ного компонента и всего анализируемого объекта, то при переходе к ее единицам вносится необходимая конкретиза­ция, и тем самым, определяется размерность как самой еди­ницы концентрации, так и концентрации как физической величины. Рассмотрим наиболее широко употребляемые еди­ницы концентрации.

Таблица 35

Физическая величина		Единица физической величины
Обозначение	Размерность	Наименование	Обозначение
Концентрация	L-3M	Массовая концентрация	i
	L-3N	Молярная концентрация	CM,i
	M-1N	Моляльность	m i
	б.р. [N1 N-1]	Молярная доля	x i
	б.р.[М1 М-1]	Массовая доля	y i
	6.p.[L3]1 [L3]-1	Объемная доля	X i

Массовая концентрация — единица концентрации, отвечаю­щая содержанию в 1 м³ смеси 1 кг данного компонента.

Молярная концентрация — единица концентрации, отвечаю­щая содержанию в объеме раствора, равном 1 м³, количества данного компонента, равного 1 молю.

Моляльность— единица концентрации, отвечающая со­держанию в 1 кг растворителя 1 моля данного компонента.

Массовая доля компонента А:

Масса компонента А в смеси М

У _А ⁼ —————————————————————— = ———

Суммарная масса смеси M

Массовая доля компонента может быть выражена в процентах:

y*A=yA 100%.

Молярная доля компонента А:

Количество компонента А в смеси (n A) N

X_A= ——————————————————————————— = --------- --- Суммарное количество компонентов смеси ( ∑n_i) N ,

где п — число молей.

Молярная доля компонента А может быть выражена в процентах:

х*_A = х_A • 100%.

Объемная доля компонета А:

Объем компонента в смеси L³

X_A = ^{----------------------------------------------------------------------- = ------------}

Суммарный объем в смеси L³

Объемная доля компонента А может быть выражена в про­центах:

X^* _A = X _A 100% .

В физике часто встречается единица концентрации, выра­женная числом атомов в 1 см³:

Число атомов элемента А в смеси

С^= —————————————————— .

Объем смешанной фазы (см ³ )

В качестве примера рассмотрим, как можно охарактеризовать концентрации компонентов, из которых состоит ряд веществ, исполь­зуя приведенные выше единицы концентрации.

Таблица 36

Анализируемое вещество и его компоненты	Концентрация компонентов
	Массовая доля, %	Молярная доля, %		Объемная доля, %
Золото (58 проба) Аu	58,3		31.1	39,3
Сu	41,7		68,9	60,7
Алюмо калиевые квасцы
(К 2SO 4 * Al 2 (SO) 4) 3 * 24Н 20
К 2SO 4	18,4		3,8	10,5
Al 2 (SO 4) 3	36,1		3,8	20,2
Н 20	45,5		92,4	69,3
Дымный порох KNO 3	78,4		33,3	75 3
S	11,9		16,7	12,2
С	13,3		50,0	12,5
Спирто-водная смесь
С 2Н 5ОН	34,4		17,1	40,0
Н 20	65,6		82,9	60,0

Выбор единиц концентрации для данного примера произведен не случайно. В качестве единиц концентрации использованы величины, которые в НТД классифицируются как относительные величины, ни­коим образом с концентрацией не связанные. В действительности,

массовая, объемная и молярная доли представляют единицы концентра­ции. Ошибка заключается в трактовке этих величин как относительных. Подобное было отмечено и по поводу самой концентрации. Относитель­ная величина представляет безразмерное отношение физической вели­чины к одноименной физической величине. Однако, когда речь идет концентрации, которая выражена, например, через массовую долю, нельзя рассматривать массу всех компонентов пробы просто как физи­ческую величину, используемую для сравнения с массой анализируе­мого компонента. При таком подходе не учитывается качественная особенность концентрации как физической величины.

Концентрации, выраженные в различных единицах, могут быть пересчитаны одна в другую (табл. 37). Особенность та­кого пересчета, по сравнению с переходом от одной единицы физической величины к другой, состоит в том, что для кон­центрации переходной коэффициент не является постоянным. Это обусловлено тем, что при пересчете используются инди­видуальные константы, определяемые тем компонентом, концентрацию которого требуется выразить в тех или иных единицах. В частности, к ним относятся такие константы, как молекулярные массы компонентов (М_A и М_B для слу­чая двухкомпонентной смеси, представленного в табл. 37), а также значения плотностей (р_m ~ плотность смеси в табл. 37).

Таблица 37

	yB	xB	mB	CM, B
yB	yB	MB MA ----- + MB - MA xA	1 1000 -------- + 1 MBmB	MB CM , B 1000 pm
xB	1 MB(1 – yB) MA yB	xB	1 1000 -------- + 1 MA mB	MA 1000 pm ---------- + MA - MB CM , B
mB	1000 yB MB (1 – yB )	1000 xB MA (1 – xA )	mB	1 pm MB -------- - --------- CM , B 1000
CM , B	1000 pm yB MB	1000 pm MA (1 – xB ) -------------- + MB xB	pm 1 MB ---- + ------ mB 1000	CM , B

Изменение коэффициента при пересчете концентрации яв­ляется еще одним проявлением ее специфики как именован­ной физической величины.

Используя различные единицы СИ для характеристики аб­солютного содержания анализируемого компонента смеси и самой смеси, можно получить целый ряд единиц концентра­ции. Именно так получены единицы концентрации, приведен­ные в табл. 35. С этой целью были применены единицы мас­сы, объема и количества вещества. Важно подчеркнуть, что все указанные в табл. 35 единицы концентрации являются единицами СИ.