體積莫爾濃度

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體積莫耳濃度英語molarity),也稱為體積莫耳濃度體積莫耳濃度。它是化學的一種通用濃度單位,體積莫耳濃度c_i[注 1]定義為指構成溶液的某組分i物質的量n_i除以溶液的體積V[1][注 2]

c_i = \frac {n_i}{V}

在大多數情況下,體積莫耳濃度指溶質的體積莫耳濃度,即溶質的物質的量除以溶質的體積。

單位[編輯]

國際單位制中,體積莫耳濃度的單位是mol/m3。但是mol/L是更為常用的單位。1mol/L的體積莫耳濃度也能寫作1 molar或1M。

1 mol/L = 1 mol/dm3 = 1 mol dm−3 = 1 M = 1000 mol/m3

國際單位制前綴常用於表示體積莫耳濃度。以下表格中列出了常用單位:

名稱 縮寫 濃度 濃度(國際單位制)
毫莫耳每升 mM 10−3 mol/dm3 100 mol/m3
微莫耳每升 μM 10−6 mol/dm3 10−3 mol/m3
納摩爾每升 nM 10−9 mol/dm3 10−6 mol/m3
皮摩爾每升 pM 10−12 mol/dm3 10−9 mol/m3
飛摩爾每升 fM 10−15 mol/dm3 10−12 mol/m3
阿摩爾每升 aM 10−18 mol/dm3 10−15 mol/m3
介摩爾每升 zM 10−21 mol/dm3 10−18 mol/m3
攸摩爾 yM[2] 10−24 mol/dm3
(每1.6升含有1個分子)
10−21 mol/m3

相關換算[編輯]

數量換算[編輯]

體積莫耳濃度換算為數量濃度C_i:

C_i = c_i \cdot N_{\rm A}

N_{\rm A}阿伏伽德羅常數,約為6.022×1023 mol−1

質量換算[編輯]

體積莫耳濃度換算為質量濃度\rho_i

\rho_i = c_i \cdot M_i

M_i為溶質i的莫耳質量。

莫耳分數[編輯]

體積莫耳濃度換算為莫耳分數x_i

x_i = c_i \cdot \overline{M} / \rho

\overline{M}是溶液的平均莫耳質量,\rho是溶液的密度。

質量分數[編輯]

與質量分數w_i的換算:

w_i = c_i \cdot M_i / \rho

重量莫耳濃度[編輯]

體積莫耳濃度與重量莫耳濃度(對於僅有一種溶質的體系)的換算:

 b_1 = \frac{{c_1}}{{\rho - c_1 \cdot M_1}} \,

溶質用下標1表示。

對於由多種溶種構成的溶液,相關換算為:

 b_i = \frac{{c_i}}{{\rho - \sum c_i \cdot M_i}} \,

性質[編輯]

體積莫耳濃度的總和 - 歸一化關係[編輯]

體積莫耳濃度加和後得到的是總體積莫耳濃度,也就是混合物的密度除以混合物的平均莫耳質量\overline{M},或用另一個名稱表示就是混合物莫耳體積V_m的倒數。

\sum c_i= \rho\sum x_i/ \overline{M}=\rho/ \overline{M}=n \rho/ m = n/V = 1/V_m

體積莫耳濃度和偏莫耳體積的乘積[編輯]

由偏摩爾量的加和關係有

V = \sum_i n_i \bar{V_i}[3]

兩邊同時除以V

\sum_i c_i \bar{V_i} = 1,這樣如果各組分的體積摩爾濃度已知,又得知n_{i-1}種物質的偏摩爾體積,可求得剩餘組分的偏摩爾體積。

對體積的依賴性[編輯]

體積摩爾濃度取決於溶液的體積。由於熱膨脹會使溶液的體積發生變化,所以同一溶液的體積摩爾濃度在不同溫度下會發生變化。

舉例[編輯]

例1:當11.6克氯化鈉溶於100g水形成溶液後,溶液的質量濃度\rho(NaCl)為:

\rho(NaCl) = 11.6 g / (11.6 g + 100 g) = 0.104 g/g = 10.4 %

溶液密度為1.07 g/mL,那麼它的體積為:

V = (11.6 g + 100 g) / (1.07 g/mL) = 104.3 mL

因此氯化鈉溶液的體積摩爾濃度為:

c(NaCl) = (11.6 g / 58 g/mol) / 104.3 mL = 0.00192 mol/mL = 1.92 mol/L

這裡氯化鈉的摩爾質量為58 g/mol。

例2:化學中一個典型的任務是配製100 mL (= 0.1 L) 2 mol/L的NaCl水溶液,所需氯化鈉的質量為:

m(NaCl) = 2 mol/L * 0.1 L * 58 g/mol = 11.6 g

為配製這種溶液,需將11.6g氯化鈉用少量的水溶解後加入容量瓶中,接著再向容量瓶中加水直至總體積達到100mL。

例3:水的密度約為1000g/L,它的摩爾質量為18.02 g/mol(1/18.02=0.055 mol/g)。因此水的體積摩爾濃度為:

c(H2O) = 1000 g/L / (18.02 g/mol) = 55.5 mol/L

參見[編輯]

注釋[編輯]

  1. ^ 在化學動力學中,B組分的體積莫耳濃度常用符號[B]表示
  2. ^ 溶液的體積不等同於溶劑的體積,1升溶液所含的溶劑通常略多於或少於1升,因為溶質溶解的過程會使得液體的體積增大或減少。

參考資料[編輯]

  1. ^ (英文)國際純粹與應用化學聯合會."amount concentration, c".化學術語總目錄 在線版本.
  2. ^ David Bradley. How low can you go? The Y to Y. 
  3. ^ 傅獻彩等. 物理化學 第五版. 高等教育出版社. 2005年.7月: 211頁.