Konsentrasjon (kjemi)

Konsentrasjon er innen kjemi et mål for mengden av et stoff i et gitt volum av en løsning eller blanding. Bokstaven c blir ofte brukt som symbol for konsentrasjon. I likevektskonstanter blir skrivemåten [A ] brukt for konsentrasjonen av stoffet A.

Enkel demonstrasjon av kvalitative forskjeller ved ulike konsentrasjoner av et fargestoff.

I løsninger er en gjerne interessert i konsentrasjonen av løst stoff. Jo mer stoff som er løst, jo mer konsentrert er løsningen. Når konsentrasjonen er lav, snakker en ofte om tynne eller fortynnede løsninger. Det er spesielt vanlig å snakke om fortynnet syre og base.

Det er en grense for hvor mye av et stoff som kan løses i et bestemt løsemiddel. Når denne konsentrasjonen er nådd, er løsningen mettet. Om man fortsetter å tilsette mer stoff, vil dette felles ut.

Det brukes en rekke ulike numeriske skalaer for å uttrykke den kvantitative sammenhengen mellom komponentene i en løsning, basert på masse, mengde, volum eller antall.^[1]

Prosent

Den enkleste skalaen å måle konsentrasjon i, er prosent. Dette brukes ofte i husholdningsprodukter og innen medisin.

Vektprosent

Vektprosent eller masseprosent (vanlig forkortelse: wt%) er vektandelen av det løste stoffet per 100 vektandeler av hele løsningen. For eksempel vil en 10% saltløsning være 10 g salt løst i 90 g vann (100 g total masse).

vekt\%={\frac {\rm {masse~lost~stoff}}{\rm {masse~av~hele~losningen}}}\cdot 100\%

Massefraksjon (X_A for stoff A) fremkommer ved:

X_{A}={\frac {\rm {masse_{A}}}{\rm {masse~av~hele~losningen}}}

Volumprosent

I gassblandinger brukes ofte volumprosent fremfor vektprosent. For eksempel sier man at luft inneholder 78 volumprosent nitrogengass, som er volumandelen i "ren" luft.^[2] I 100 liter "ren" luft, vil det da være 78 liter nitrogengass.

volum\%={\frac {\rm {volum~lost~stoff}}{\rm {volum~av~hele~losningen}}}\cdot 100\%

Volumprosent brukes ofte også i væske-/væske-blandinger, for eksempel om etanol i vann. I en blanding med 40 volum% etanol, er det 0,4 liter ren etanol per liter av blandingen.

Molaritet

For en kjemiker vil antall mol av et stoff være viktigere å kjenne til enn antall gram. Molariteten (M) til et stoff er antall mol av det løste stoffet per liter løsning.^[3] I SI-enheter vil konsentrasjon da være mol/dm³.

M={\frac {\rm {mol~lost~stoff}}{\rm {volum~av~hele~losningen}}}

Dersom man har 6 mol av et stoff løst i en halv liter væske, vil molariteten være:

{\frac {\rm {6~mol}}{\rm {0,5~l}}}=12~M

Man kan da også regne ut massen av det løste stoffet. For eksempel vil 12 M HCl være 12 ganger den molare massen til HCl (12 mol ∙ 36,5 g/mol), eller 438 g HCl per liter.

Molalitet

Molalitet (m) er antall mol av løst stoff per kilogram løsemiddel.^[4] Mens molaritet er forholdet mellom antall mol løst stoff og volumet av løsningen, er altså molalitet forholdet mellom antall mol løst stoff og vekten av løsemidlet. I SI-enheter vil konsentrasjon da være mol/kg.

m={\frac {\rm {mol~lost~stoff}}{\rm {masse~losemiddel}}}

For eksempel vil 34,2 g sukrose (C₁₂H₂₂O₁₁ med molvekt 342) løst i 200 g vann tilsvare 0,5 mol sukrose løst i 1000 g vann. Molaliteten er dermed 0,5 m.

{\frac {\rm {0,5~mol}}{\rm {1~kg}}}=0,5~m

Normalitet

Utdypende artikkel: Ekvivalent konsentrasjon

Molaritet representerer ikke hvor reaktiv et stoff er. For eksempel er svovelsyre (H₂SO₄) en toprotisk syre (avgir to H⁺-ioner), mens saltsyre (HCl) er enprotisk (avgir ett H⁺-ion). Én liter med 0,1 M svovelsyre vil derfor nøytralisere dobbelt så mye base som én liter 0,1 M saltsyre. I slike tilfeller kan det være nyttig å oppgi konsentrasjonen i forhold til reaktiviteten. Normalitet (N) regnes ut ved å multiplisere molariteten med antall aktive enheter i det løste stoffet.^[5]

En normal er en gramekvivalent av et løst stoff per liter løsning. Gramekvivalenten til et stoff er molvekten dividert med antall reaktive komponenter.^[6]

N={\frac {\rm {gramekvivalent}}{\rm {volum~av~hele~losningen}}}

Molprosent (molfraksjon)

Mange egenskaper i en løsning er avhengig av molforholdet mellom antall mol av det løste stoffet og antall mol av løsemidlet. Molfraksjon (X_A for komponent A) er forholdet mellom antall mol av løst stoff, og antall mol av alle komponentene i blandingen.^[7]

X_{A}={\frac {\rm {mol~lost~stoff}}{\rm {mol~alle~komponenter}}}

Molprosenten får man ved å multiplisere molfraksjonen med 100.

mol\%={\frac {\rm {mol~lost~stoff}}{\rm {mol~alle~komponenter}}}\cdot 100

"parts per..." (ppm/ppb)

For svært fortynnede løsninger kan det være hensiktsmessig å angi konsentrasjonen i milliondeler ("parts per million", ppm) eller milliarddeler ("parts per billion", ppb). Disse målene beskriver antallet av et stoff i et annet, og er således relatert til massefraksjon.

Se også

Referanser

^ International Union of Pure and Applied Chemistry. "concentration". Compendium of Chemical Terminology, internettversjon.
^ International Union of Pure and Applied Chemistry. "composition of pure air". Compendium of Chemical Terminology, internettversjon.
^ International Union of Pure and Applied Chemistry. "amount concentration". Compendium of Chemical Terminology, internettversjon.
^ International Union of Pure and Applied Chemistry. "molality". Compendium of Chemical Terminology, internettversjon.
^ McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology, 10th Edition, Volume 4, oppslagsord: Concentration, ISBN 0-07-144143-3 (set)
^ McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology, 10th Edition, Volume 8, oppslagsord: Gram-equivalent weight, ISBN 0-07-144143-3 (set)
^ International Union of Pure and Applied Chemistry. "amount fraction, (for gaseous mixtures)". Compendium of Chemical Terminology, internettversjon.

[concentration-1] International Union of Pure and Applied Chemistry. "concentration". Compendium of Chemical Terminology, internettversjon.

[air-2] International Union of Pure and Applied Chemistry. "composition of pure air". Compendium of Chemical Terminology, internettversjon.

[molarity-3] International Union of Pure and Applied Chemistry. "amount concentration". Compendium of Chemical Terminology, internettversjon.

[molality-4] International Union of Pure and Applied Chemistry. "molality". Compendium of Chemical Terminology, internettversjon.

[mcgraw1-5] McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology, 10th Edition, Volume 4, oppslagsord: Concentration, ISBN 0-07-144143-3 (set)

[mcgraw2-6] McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology, 10th Edition, Volume 8, oppslagsord: Gram-equivalent weight, ISBN 0-07-144143-3 (set)

[molefrac-7] International Union of Pure and Applied Chemistry. "amount fraction, (for gaseous mixtures)". Compendium of Chemical Terminology, internettversjon.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]