Molare Konzentration - Molar concentration

Molare Konzentration
Gemeinsame Symbole
C
SI-Einheit mol/L
In SI-Basiseinheiten m −3 mol
Ableitungen von
anderen Mengen
c = n / V
Abmessungen

Die molare Konzentration (auch Molarität , Mengenkonzentration oder Stoffkonzentration genannt ) ist ein Maß für die Konzentration einer chemischen Spezies , insbesondere eines gelösten Stoffes in einer Lösung , ausgedrückt als Stoffmenge pro Volumeneinheit der Lösung. In der Chemie ist die am häufigsten verwendete Einheit für die Molarität die Anzahl der Mole pro Liter mit dem Einheitensymbol mol/L oder moldm −3 in SI-Einheiten. Eine Lösung mit einer Konzentration von 1 mol/L wird als 1 molar bezeichnet, allgemein als 1 M bezeichnet. Um Verwechslungen mit dem SI-Präfix mega zu vermeiden , das die gleiche Abkürzung hat, werden in Zeitschriften und Lehrbüchern auch Kapitälchen oder kursiv geschriebenes M verwendet .

Definition

Die molare Konzentration oder Molarität wird am häufigsten in der Einheit Mol des gelösten Stoffes pro Liter Lösung ausgedrückt . Zur Verwendung in breiteren Anwendungen ist es definiert als Menge des gelösten Stoffes pro Volumeneinheit der Lösung oder pro Volumeneinheit, die der Spezies zur Verfügung steht, dargestellt durch Kleinbuchstaben :

Hier ist die Menge des gelösten Stoffes in Mol, die Anzahl der konstituierenden Partikel, die im Volumen (in Liter) der Lösung vorhanden sind, und ist die Avogadro-Konstante , seit 2019 als genau definiert6.022 140 76 × 10 23  mol -1 . Das Verhältnis ist die Zahldichte .

In der Thermodynamik ist die Verwendung der molaren Konzentration oft nicht zweckmäßig, da das Volumen der meisten Lösungen aufgrund der Wärmeausdehnung leicht von der Temperatur abhängt . Dieses Problem wird in der Regel durch die Einführung von Temperaturkorrektur gelöst Faktoren oder durch eine temperaturunabhängige Messung der Konzentration wie der Verwendung von Molalität .

Die reziproke Größe stellt die Verdünnung (Volumen) dar, die im Ostwaldschen Verdünnungsgesetz auftreten kann .

Formalität oder analytische Konzentration

Wenn eine molekulare Einheit in Lösung dissoziiert, bezieht sich die Konzentration auf die ursprüngliche chemische Formel in Lösung, die molare Konzentration wird manchmal als formale Konzentration oder Formalität ( F A ) oder analytische Konzentration ( c A ) bezeichnet. Wenn beispielsweise eine Natriumcarbonatlösung (Na 2 CO 3 ) eine formale Konzentration von c (Na 2 CO 3 ) = 1 mol/L hat, sind die molaren Konzentrationen c (Na + ) = 2 mol/L und c (CO2−
3
) = 1 mol/L, da das Salz in diese Ionen dissoziiert.

Einheiten

Im Internationalen Einheitensystem (SI) ist die kohärente Einheit für die molare Konzentration mol / m 3 . Dies ist jedoch für die meisten Laborzwecke unbequem, und die meisten chemischen Literaturstellen verwenden traditionell mol / dm 3 , was gleich wie mol / L ist . Diese traditionelle Einheit wird oft mit dem Buchstaben M bezeichnet, dem optional ein SI-Präfix vorangestellt wird , um Untervielfache zu bezeichnen, zum Beispiel:

mol / m 3 = 10 –3 mol / dm 3 = 10 –3 mol / L = 10 –3  M = 1 mmol/L = 1 mM.

Die Einheiten millimolar und mikromolar beziehen sich auf mM bzw. μM (10 –3  mol / L bzw. 10 –6  mol / L ).

Name Abkürzung Konzentration
(Mol/L) (Mol/m 3 )
millimolar mM 10 -3 10 0
mikromolar μM 10 -6 10 -3
nanomolar nM 10 -9 10 -6
pikomolar pM 10 -12 10 -9
Femtomolar fM 10 -15 10 -12
attomolar bin 10 -18 10 -15
zeptomolar zM 10 −21 10 -18
yoktomolar yM 10 −24
(6 Partikel pro 10 L)
10 −21

Ähnliche Mengen

Anzahl Konzentration

Die Umrechnung in Zahlenkonzentration ist gegeben durch

wo ist die Avogadro-Konstante .

Massenkonzentration

Die Umrechnung in Massenkonzentration ist gegeben durch

wo ist die molare Masse des Bestandteils .

Molenbruch

Die Umrechnung in den Stoffmengenanteil ist gegeben durch

wobei die durchschnittliche Molmasse der Lösung die Dichte der Lösung ist.

Eine einfachere Beziehung kann erhalten werden, wenn man die molare Gesamtkonzentration betrachtet, nämlich die Summe der molaren Konzentrationen aller Komponenten der Mischung:

Massenanteil

Die Umrechnung in den Massenanteil ist gegeben durch

Molalität

Für binäre Mischungen, die Umwandlung in Molalität ist

wobei das Lösungsmittel Substanz 1 und der gelöste Stoff Substanz 2 ist.

Für Lösungen mit mehr als einem gelösten Stoff ist die Umrechnung

Eigenschaften

Summe der molaren Konzentrationen – Normalisierungsbeziehungen

Die Summe der molaren Konzentrationen ergibt die molare Gesamtkonzentration, nämlich die Dichte der Mischung dividiert durch die molare Masse der Mischung oder anders bezeichnet den Kehrwert des molaren Volumens der Mischung. In einer ionischen Lösung ist die Ionenstärke proportional zur Summe der molaren Konzentration der Salze.

Summe der Produkte von molaren Konzentrationen und partiellen molaren Volumina

Die Summe der Produkte zwischen diesen Mengen ist gleich eins:

Abhängigkeit vom Volumen

Die molare Konzentration hängt von der Volumenänderung der Lösung hauptsächlich aufgrund der Wärmeausdehnung ab. Bei kleinen Temperaturintervallen ist die Abhängigkeit

wobei die molare Konzentration bei einer Referenztemperatur der Wärmeausdehnungskoeffizient der Mischung ist.

Beispiele

  • 11,6 g NaCl werden in 100 g Wasser gelöst. Die endgültige Massenkonzentration ρ (NaCl) ist
    ρ (NaCl) = 11,6 g/11,6 g + 100 g = 0,104 g/g = 10,4 %.

    Die Dichte einer solchen Lösung beträgt 1,07 g/mL, ihr Volumen ist also

    V = 11,6 g + 100 g/1,07 g/ml = 104,3 ml.

    Die molare Konzentration von NaCl in der Lösung beträgt daher

    c (NaCl) =11,6 g/58 g/mol / 104,3 ml = 0,00192 mol/ml = 1,92 mol/l.
    Dabei ist 58 g/mol die Molmasse von NaCl.
  • Eine typische Aufgabe in der Chemie ist die Herstellung von 100 mL (= 0,1 L) einer 2 mol/L Lösung von NaCl in Wasser. Die benötigte Salzmasse beträgt
    m (NaCl) = 2 mol/l × 0,1 l × 58 g/mol = 11,6 g.
    Zur Herstellung der Lösung werden 11,6 g NaCl in einen Messkolben gegeben , in etwas Wasser gelöst und anschließend mit weiterem Wasser versetzt, bis das Gesamtvolumen 100 ml erreicht.
  • Die Dichte von Wasser beträgt ca. 1000 g/l und seine Molmasse 18,02 g/mol (oder 1/18,02 = 0,055 mol/g). Daher ist die molare Konzentration von Wasser
    c (H 2 O) =1000 g/l/18,02 g/mol ≈ 55,5 mol/l.
    Ebenso beträgt die Konzentration von festem Wasserstoff (Molmasse = 2,02 g/mol)
    c (H 2 ) =88 g/l/2,02 g/mol = 43,7 mol/l.
    Die Konzentration von reinem Osmiumtetroxid (Molmasse = 254,23 g/mol) beträgt
    c (OsO 4 ) =5,1 kg/l/254,23 g/mol = 20,1 mol/l.
  • Ein typisches Protein in Bakterien , wie E. coli , etwa 60 Kopien haben kann, und das Volumen eines Bakteriums ist etwa 10 -15  L. Somit ist die Anzahl Konzentration C ist
    C = 60 / (10 −15 L) = 6 × 10 16 L −1 .
    Die molare Konzentration ist
    c =C/N A = 6 × 10 16 l -1/6 × 10 23 mol -1= 10 -7 mol/l = 100 nmol/l.
  • Referenzbereiche für Bluttests , sortiert nach molarer Konzentration:

Siehe auch

Verweise

Externe Links