Molekulare Konzentration – Wikipedia

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Konzentrationsmaß einer Chemikalie

Molare Konzentration (auch genannt Molarität, Menge Konzentration oder Stoffkonzentration) ist ein Maß für die Konzentration einer chemischen Spezies, insbesondere eines gelösten Stoffes in einer Lösung, bezogen auf die 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 mol⋅dm-3 in SI-Einheit. 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, Kapitälchen ᴍ oder kursiv m werden auch in Zeitschriften und Lehrbüchern verwendet.[1]

Definition[edit]

Die molare Konzentration oder Molarität wird am häufigsten in der Einheit Mol des gelösten Stoffes pro Liter Lösung ausgedrückt.[2] 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

C{displaystyle c}

:[3]

C=nV=nnEINV=CnEIN.{displaystyle c={frac {n}{V}}={frac {N}{N_{text{A}},V}}={frac {C}{N_{text{A }}}}.}

Hier,

n{displaystyle n}

ist die Menge des gelösten Stoffes in Mol,[4]

n{displaystyle N}

ist die Anzahl der konstituierenden Teilchen, die im Volumen vorhanden sind

V{displaystyle V}

(in Liter) der Lösung und

nEIN{displaystyle N_{text{A}}}

ist die Avogadro-Konstante, seit 24. Januar 2021 definiert als genau 6.02214076×1023 mol-1. Das Verhältnis

nV{displaystyle {frac {N}{V}}}

ist die Zahlendichte

C{displaystyle C}

.

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 normalerweise durch die Einführung von Temperaturkorrekturfaktoren oder durch die Verwendung eines temperaturunabhängigen Konzentrationsmaßes wie der Molalität gelöst.[4]

Das gegenseitig Die Menge 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 genannt formale Konzentration oder Formalität (FEIN) oder analytische Konzentration (CEIN). Wenn beispielsweise eine Natriumcarbonatlösung (Na2CO3) hat eine formale Konzentration von C(N / A2CO3) = 1 mol/L, die molaren Konzentrationen sind C(N / A+) = 2 mol/L und C(CO2−
3) = 1 mol/L, da das Salz in diese Ionen dissoziiert.

Im Internationalen Einheitensystem (SI) ist die kohärente Einheit für die molare Konzentration mol/m3. Dies ist jedoch für die meisten Laborzwecke unpraktisch, und in der meisten chemischen Literatur wird traditionell mol/dm . verwendet3, was gleich 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/m²3 = 10-3mol/dm3 = 10-3mol/l = 10-3 M = 1 mmol/l = 1 mM.

Die Einheiten millimolar und mikromolar siehe mM und μM (10-3 mol/l und 10-6 mol/l) bzw.

Name Abkürzung Konzentration
(Mol/L) (mol/ml3)
millimolar mM 10-3 100
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[5] 10−24
(6 Partikel pro 10 L) 		10−21

Ähnliche Mengen[edit]

Anzahl Konzentration[edit]

Die Umrechnung in Zahlenkonzentration

Cich{displaystyle C_{i}}

wird gegeben von

Cich=CichnEIN,{displaystyle C_{i}=c_{i}N_{text{A}},}

wo

nEIN{displaystyle N_{text{A}}}

ist die Avogadro-Konstante.

Massenkonzentration[edit]

Die Umrechnung in Massenkonzentration

ρich{displaystyle rho_{i}}

wird gegeben von

ρich=Cichmich,{displaystyle rho_{i}=c_{i}M_{i},}

wo

mich{displaystyle M_{i}}

ist die Molmasse des Bestandteils

ich{displaystyle i}

.

Molenbruch[edit]

Die Umrechnung in Molenbruch

xich{displaystyle x_{i}}

wird gegeben von

xich=Cichm¯ρ,{displaystyle x_{i}=c_{i}{frac {overline {M}}{rho}},}

wo

m¯{displaystyle {overline {M}}}

ist die durchschnittliche Molmasse der Lösung,

ρ{displaystyle rho}

ist die Dichte der Lösung.

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

xich=CichC=CichΣJCJ.{displaystyle x_{i}={frac {c_{i}}{c}}={frac {c_{i}}{sum _{j}c_{j}}}.}

Massenanteil[edit]

Die Umrechnung in Massenanteil

wich{displaystyle w_{i}}

wird gegeben von

wich=Cichmichρ.{displaystyle w_{i}=c_{i}{frac {M_{i}}{rho}}.}

Molalität[edit]

Für binäre Gemische ist die Umrechnung in Molalität

B2{displaystyle b_{2}}

ist

B2=C2ρ−C1m1,{displaystyle b_{2}={frac {c_{2}}{rho -c_{1}M_{1}}},}

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

Für Lösungen mit mehr als einem gelösten Stoff ist die Umrechnung

Bich=Cichρ−ΣJ≠ichCJmJ.{displaystyle b_{i}={frac {c_{i}}{rho -sum _{jneq i}c_{j}M_{j}}}.}

Eigenschaften[edit]

Summe der molaren Konzentrationen – Normalisierungsbeziehungen[edit]

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[edit]

Die Summe der Produkte zwischen diesen Mengen ist gleich eins:

ΣichCichVich¯=1.{displaystyle sum_{i}c_{i}{overline {V_{i}}}=1.}

Abhängigkeit vom Volumen[edit]

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

Cich=Cich,T01+αΔT,{displaystyle c_{i}={frac {c_{i,T_{0}}}{1+alpha Delta T}},}

wo

Cich,T0{displaystyle c_{i,T_{0}}}

ist die molare Konzentration bei einer Referenztemperatur,

α{displaystylealpha}

ist der Wärmeausdehnungskoeffizient der Mischung.

Beispiele[edit]

  • 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(H2O) = 1000 g/l/18,02 g/mol ≈ 55,5 mol/l.

    Ebenso beträgt die Konzentration von festem Wasserstoff (Molmasse = 2,02 g/mol)

    C(H2) = 88 g/l/2,02 g/mol = 43,7 mol/l.

    Die Konzentration von reinem Osmiumtetroxid (Molmasse = 254,23 g/mol) beträgt

    C(OsO4) = 5,1 kg/l/254,23 g/mol = 20,1 mol/l.
  • Ein typisches Protein in Bakterien, wie z E coli, kann etwa 60 Kopien haben und das Volumen eines Bakteriums beträgt etwa 10-15 L. Somit ist die Zahlenkonzentration C ist
    C = 60 / (10-15 L) = 6×1016 L-1.

    Die molare Konzentration ist

    C = C/nEIN = 6×1016 L-1/6×1023 mol-1 = 10-7 mol/l = 100 nmol/l.
  • Referenzbereiche für Bluttests, sortiert nach molarer Konzentration:

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

Externe Links[edit]