Koncentráció

komponens anyagmennyisége az egész elegy térfogatához viszonyítva

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 mennyiségekSzerkesztés

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 fajtáiSzerkesztés

A koncentráció olyan elnevezés, amelyet sok esetben még komoly szakirodalmi források is tévesen használnak, gyűjtőfogalomként. Ebben az értelemben a koncentrációösszetételi arány valamilyen közelebbről meg nem határozott mértékegységben’. Ezek közül csak a bevezetőben említett négy mennyiség nevezhető koncentrációnak.

TömegkoncentrációSzerkesztés

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-koncentrációSzerkesztés

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 anyagmennyiság-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-koncentrációSzerkesztés

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 koncentrációSzerkesztés

Jele: σ, mértékegysége: 1.

Az oldott anyag térfogatának (VB) és az oldat térfogatának (V) hányadosa.

 

Kapcsolódó kifejezésekSzerkesztés

MolalitásSzerkesztés

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]

  =  

TömegtörtSzerkesztés

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-törtSzerkesztés

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:  

TérfogattörtSzerkesztés

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-százalékSzerkesztés

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:

 

TömegszázalékSzerkesztés

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:

 

TérfogatszázalékSzerkesztés

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.

VegyesszázalékSzerkesztés

Jele: %(m/V) vagy (m/V%) (nem szabványos jelek).

100 cm³ oldatban (V) lévő, oldott anyag grammban mért tömegét (mB) adja meg.

 

További kifejezésekSzerkesztés

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 elnevezésekSzerkesztés

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.

MegjegyzésekSzerkesztés

  1. 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.
  2. 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.

JegyzetekSzerkesztés

  1. IUPAC Gold Book - concentration. goldbook.iupac.org, 2020
  2. Fülöp József: Rövid kémiai értelmező és etimológiai szótár. Celldömölk: Pauz–Westermann Könyvkiadó Kft. 1998. 82. o. ISBN 963 8334 96 7  
  3. IUPAC Gold Book - mass concentration. goldbook.iupac.org, 2020
  4. IUPAC Gold Book - amount concentration. goldbook.iupac.org, 2020. [2017. március 7-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2020. június 9.)
  5. This quantity is also sometimes called molarity
  6. IUPAC Gold Book - number concentration. goldbook.iupac.org, 2020
  7. IUPAC Gold Book - molality. goldbook.iupac.org, 2020
  8. IUPAC Gold Book - mass fraction. goldbook.iupac.org, 2020
  9. IUPAC Gold Book – amount fraction x (y for gaseous mixtures). goldbook.iupac.org, 2020
  10. IUPAC Gold Book - amount fraction. goldbook.iupac.org, 2020
  11. IUPAC Gold Book - volume fraction. goldbook.iupac.org, 2020
  12. Green Book. IUPAC, 2011. [2017. február 15-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2017. március 25.)

ForrásokSzerkesztés

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

További információkSzerkesztés