Stężenie - chemia - Polski Serwis Naukowy

Stężenie - miara ilości jednego pierwiastka, związku chemicznego lub jonu w:

jednostce objętości układu,

jednostce masy roztworu lub jednostce masy rozpuszczalnika

w jednym molu mieszaniny lub w przeliczeniu na 1 mol rozpuszczalnika.

Stężenie może odnosić się do:

fazy stałej (roztwory stałe, związki chemiczne, mieszaniny, żele)

fazy ciekłej - w przypadku roztworów zawierających jeden ze składników dużym nadmiarze

fazy gazowej (mieszaniny gazowe, aerozole itp.).

Stężenie bywają podawane w różnych jednostkach. Do najbardziej znanych należą:

Ułamek wagowy (właściwie ułamek masowy) – sposób wyrażenia stężenia wagowego. Jest zdefiniowany jako część całości, gdzie obie wielkości są mierzone jako waga, a właściwie masa:

Układ chemiczny jest to układ termodynamiczny składający się z substancji chemicznych (związków, wolnych pierwiastków, jonów), który w zależności od sytuacji może być definiowany w różny sposób:

Stężenie molowe - liczba moli substancji "s" w jednostce objętości roztworu "V"

$C_{m} = \frac{n_{s}}{V}$ (jednostka: mol/dm) Aby przeliczyć stężenie molowe na dowolne inne jednostki konieczna jest znajomość gęstości roztworu, gdyż stężenie molowe nie zależy od tego czy i jaka substancja znajduje się w tej samej objętości co substancja rozpuszczona; 1 mol CO2 rozpuszczony w 1 dm wody lub zajmujący taką samą objętość w fazie gazowej ma to samo stężenie, 1 mol/dm).

Stężenie molarne (molalne) - liczba moli substancji rozpuszczonej "s" w 1 kg rozpuszczalnika "r"

$\mathbf{m} = \frac{n_{s}}{m_{r}}$ (jednostka: mol/kg) Rozpuszczalności związków chemicznych w wodzie są często podawane w podobny sposób, t.j. w g/100 g wody lub g/100 cm wody; dla rozcieńczonych roztworów wodnych liczbowo prawie równe stężeniu molowemu).

Stężenia określone poprzez ułamek ilości substancji obecnych w układzie, gdzie suma ułamków jest równa jedności, dzięki czemu wystarczy znać stężenia (k-1) składników dla k-składnikowej mieszaniny:

$\sum_{i=1}^{k}{x_{i}} = 1$ oraz $x_{k} = 1 - \sum_{i=1}^{k-1}{x_{i}}$

ułamek molowy podaje jaką część liczby cząsteczek danego układu k-składnikowego stanowią cząsteczki danej substancji "s" (n - liczby moli składników):

$x_{m,s} = \frac{n_{s}}{\sum_{i=1}^{k}{n_{i}}}$

ułamek wagowy - stosunek masy rozpuszczonej substancji "s" do masy całego roztworu (m - masy składników),

$x_{w,s} = \frac{m_{s}}{\sum_{i=1}^{k}{m_{i}}}$

ułamek objętościowy, (xv) - stosunek objętości rozpuszczonej substancji do objętości całego roztworu

$x_{v,s} = \frac{v_{s}}{V_{roztw}}$ gdzie $V_{roztw} \approx \sum_{i=1}^{k}{v_{i}}$

Stężenie procentowe Cp jest to właściwie ułamek (najczęściej wagowy) wyrażony w %, Cp = x·100%. Stężenie procentowe wagowe często oznacza się symbolem %w/w a stężenie procentowe objętościowe %v/v (np. alkohole). W praktyce wykorzystuje się również promile.

Szczególnie niskie stężenia podaje w jednostkach zwanych ppb, ppm i ppt, które również z formalnego punktu widzenia są rodzajem ułamków (molowych, wagowych lub objętościowych).

Jon – atom lub grupa atomów połączonych wiązaniami chemicznymi, która ma niedomiar lub nadmiar elektronów w stosunku do protonów. Obojętne elektrycznie atomy i cząsteczki związków chemicznych posiadają równą liczbę elektronów i protonów, jony zaś są elektrycznie naładowane dodatnio lub ujemnie.

ppt (ang. parts per trillion) – przyjęty na świecie sposób wyrażania stężenia bardzo rozcieńczonych roztworów związków chemicznych. Stężenie to jest pochodną ułamka molowego i określa ile cząsteczek związku chemicznego przypada na 1 bilion (ang. trillion - 1012) cząsteczek rozpuszczalnika.

Objętość nie jest wielkością addytywną przy mieszaniu substancji. Z reguły objętość roztworu jest mniejsza niż suma objętości składników. Z tego powodu dla wielu mieszanin objętość roztworu jest jedynie w przybliżeniu równa sumie objętości składników. Np. dla mieszaniny alkohol etylowy/woda na skutek tzw. kontrakcji ta różnica sięga 2% objętości. Zjawisko kontrakcji powoduje, że nie można prosto przeliczać stężeń masowych na molowe.

Ułamek molowy jest to rodzaj miary stężenia, który jest stosunkiem liczby moli danego składnika mieszaniny lub roztworu do sumy liczby moli wszystkich składników.

Rozpuszczalnik to ciecz zdolna do tworzenia roztworu po zmieszaniu z ciałem stałym, inną cieczą lub gazem. Najbardziej znanym rozpuszczalnikiem jest woda.