Կոնցենտրացիա

Կոնցենտրացիան քիմիայում բաղադրիչի առատությունն է՝ բաժանված խառնուրդի ընդհանուր ծավալի վրա։ Մաթեմատիկական նկարագրության մի քանի տեսակներ կարելի է առանձնացնել՝ խտություն, մոլային կոնցենտրացիա, թվի կոնցենտրացիա և ծավալային կոնցենտրացիա^[1]։ Կոնցենտրացիան կարող է վերաբերել ցանկացած տեսակի քիմիական խառնուրդի, բայց ամենից հաճախ վերաբերում է լուծույթներում պարունակվող լուծույթներին և լուծիչներին։ Մոլային (քանակի) կոնցենտրացիան ունի տարբերակներ, ինչպիսիք են նորմալ կոնցենտրացիան և օսմոտիկ կոնցենտրացիան։ Նոսրացումը կոնցենտրացիայի նվազում է, օրինակ՝ լուծույթին լուծիչ ավելացնելով։ Խտացնել բայը նշանակում է մեծացնել կոնցենտրացիան (նոսրացման հակառակը)։

Հեղուկի փորձանոթներ, որոնցում կապույտ ներկը լուծված է տարբեր կոնցենտրացիաներով: Մուգ կապույտ հեղուկով փորձանոթում (առջևում) կապույտ ներկը լուծվում է բարձր կոնցենտրացիայի մեջ։ Հետևյալ փորձանոթներում կապույտ ներկը լուծվում է ավելի ցածր կոնցենտրացիայով (և միևնույն ժամանակ ավելի փոքր քանակությամբ, քանի որ ծավալը մոտավորապես նույնն է): Պատկերը ստեղծվել է ԱԲ-ով

Ստուգաբանություն

Concentration-, concentratio, գործողություն կամ մեկ վայրում հավաքվելու, ընդհանուր կենտրոնի բերելու գործողություն, օգտագործվել է հետդասական լատիներենում 1550 թվականին կամ ավելի վաղ, նմանատիպ տերմիններ հաստատված են իտալերեն (1589), իսպաներեն (1589), անգլերեն (1606), ֆրանսերեն (1632)^[2]։

Որակական նկարագրություն

Կարմիր ներկ պարունակող այս բաժակները ցույց են տալիս կոնցենտրացիայի որակական փոփոխություններ։ Ձախ կողմի լուծույթներն ավելի նոսր են՝ համեմատած աջ կողմի ավելի խիտ լուծույթների հետ։

Հաճախ ոչ ֆորմալ, ոչ տեխնիկական լեզվով կոնցենտրացիան նկարագրվում է որակական կերպով՝ օգտագործելով այնպիսի ածականներ, ինչպիսիք են «նոսր» համեմատաբար ցածր կոնցենտրացիայի լուծույթների համար և «խտացված»՝ համեմատաբար բարձր կոնցենտրացիայի լուծույթների համար։ Լուծույթը խտացնելու համար պետք է ավելացնել ավելի շատ լուծված նյութ (օրինակ՝ սպիրտ), կամ նվազեցնել լուծիչի քանակը (օրինակ՝ ջուր)։ Ի հակադրություն, լուծույթը նոսրացնելու համար պետք է ավելի շատ լուծիչ ավելացնել կամ նվազեցնել լուծված նյութի քանակը։ Ցանկացած երկու նյութի համար կա մի կոնցենտրացիա, որի դեպքում լուծույթում այլ լուծված նյութ չի լուծվի։ Այս պահին ասում են, որ լուծույթը հագեցած է։ Եթե հագեցած լուծույթին հավելյալ լուծված նյութ ավելացնեն, այն չի լուծվի, բացառությամբ որոշ հանգամանքների, երբ կարող է առաջանալ գերհագեցում։ Փոխարենը տեղի կունենա փուլային տարանջատում, որը կհանգեցնի համակեցված փուլերի՝ կամ ամբողջությամբ առանձնացված կամ խառնված որպես սուսպենզիա։ Հագեցման կետը կախված է բազմաթիվ փոփոխականներից, ինչպիսիք են շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանը և լուծիչի և լուծվող նյութի ճշգրիտ քիմիական բնույթը։

Կոնցենտրացիաները հաճախ կոչվում են մակարդակներ, որոնք արտացոլում են մակարդակների մտավոր սխեման գրաֆիկի ուղղահայաց առանցքի վրա, որը կարող է լինել բարձր կամ ցածր (օրինակ՝ «շիճուկում բիլլուբինի բարձր մակարդակները» արյան շիճուկում բիլիրուբինի կոնցենտրացիաներն են, որոնք ավելի բարձր են, քան նորման)

Քանակական հաշվարկ

Կան կոնցենտրացիայի արտահայտման 4 տեսակներ.

Խտություն

Խտությունը ${\displaystyle \rho _{i}}$ լուծվող նյութի զանգվածի ${\displaystyle m_{i}}$ և լուծույթի ծավալի ${\displaystyle V}$ հարաբերությունն է

${\displaystyle \rho _{i}={\frac {m_{i}}{V}}.}$

Միջազգային միավորների համակարգում (SI) միավորը կգ/մ³-ն է (հավասար է գրամ/լիտրին)։

Մոլային կոնցենտրացիա

Մոլային կոնցենտրացիան, ${\displaystyle c_{i}}$, լուծվող նյութի քանակի, ${\displaystyle n_{i}}$, (չափվում է մոլերով) և լուծույթի ծավալի, ${\displaystyle V}$, հարաբերությունն է

${\displaystyle c_{i}={\frac {n_{i}}{V}}.}$

Միջազգային միավորների համակարգում միավորը մոլ/մ³-ն է։ Սակայն առավել տարածված է մոլ/լ -ը (= մոլ/դմ³)։

Թվային կոնցենտրացիա

Թվային կոնցենտրացիան ${\displaystyle C_{i}}$ սահմանվում է որպես խառնուրդում լուծվող նյութի ${\displaystyle N_{i}}$ միավորների թիվը՝ բաժանված խառնուրդի ծավալին ${\displaystyle V}$

${\displaystyle C_{i}={\frac {N_{i}}{V}}.}$

Միջազգային միավորների համակարգում միավորը 1/մ³-ն է.

Ծավալային կոնցենտրացիա

Ծավալային կոնցենտրացիան ${\displaystyle \sigma _{i}}$ (չշփոթել ծավալային մասի հետ^[3]) սահմանվում է որպես բաղադրիչի ${\displaystyle V_{i}}$ ծավալը՝ բաժանված խառնուրդի ծավալի վրա

${\displaystyle \sigma _{i}={\frac {V_{i}}{V}}.}$

Անչափելի լինելով՝ այն արտահայտվում է որպես թիվ, օրինակ՝ 0,18 կամ 18%; դրա միավորը 1 է։

Անգլերեն գրականության մեջ կարծես ստանդարտ նշում չկա։ Այստեղ օգտագործված ${\displaystyle \sigma _{i}}$ տառը նորմատիվ է գերմանական գրականության մեջ։

Հարակից քանակություններ

Խառնուրդի բաղադրությունը նկարագրելու համար կարող են օգտագործվել մի քանի այլ քանակություններ։ Սրանք չպետք է կոչվեն կոնցենտրացիաներ^[1]։

Նորմալություն

Նորմալությունը սահմանվում է որպես մոլային կոնցենտրացիան ${\displaystyle c_{i}}$ բաժանված համարժեքության գործակցով${\displaystyle f_{\mathrm {eq} }}$ : Քանի որ համարժեքության ֆործակցի սահմանումը կախված է համատեքստից (կախված ռեակցիայից), Մաքուր և կիրառական քիմիայի միջազգային միությունը և Ստանդարտների և տեխնոլոգիաների ազգային ինստիտուտը չեն խրախուսում նորմալության օգտագործումը։

Մոլալիզմ

Չշփոթել մոլյարության հետ։

Լուծույթի մոլալությունը ${\displaystyle b_{i}}$ սահմանվում է որպես բաղադրիչի քանակություն ${\displaystyle n_{i}}$ (մոլերով)՝ բաժանված լուծիչի զանգվածի վրա ${\displaystyle m_{\mathrm {solvent} }}$ (ոչ լուծույթի զանգվածի)

${\displaystyle b_{i}={\frac {n_{i}}{m_{\mathrm {solvent} }}}.}$

Միջազգային միավորների համակարգում միավորը մոլ/կգ -ն է։

Մոլային մաս

Մոլային մասը ${\displaystyle x_{i}}$ բաղադրիչի քանակության ${\displaystyle n_{i}}$ (մոլերով) և խառնուրդի բոլոր բաղադրիչների ընդհանուր քանակի ${\displaystyle n_{\mathrm {tot} }}$ հարաբերությունն է

${\displaystyle x_{i}={\frac {n_{i}}{n_{\mathrm {tot} }}}.}$

Միջազգային միավորների համակարգում միավորը մոլ/մոլ -ն է։ Այն օգտագործվում է փոքր մոլային մասեր նկարագրելու համար։

Մոլային հարաբերակցություն

Մոլային հարաբերակցությունը բաղադրիչի քանակի ${\displaystyle r_{i}}$ և խառնուրդի բոլոր մյուս բաղադրիչների ընդհանուր քանակի հարաբերությունն է խառնուրդի մյուս բոլոր բաղադրիչների ընդհանուր զանգվածի վրա

${\displaystyle r_{i}={\frac {n_{i}}{n_{\mathrm {tot} }-n_{i}}}.}$

Եթե ${\displaystyle n_{i}}$ շատ ավելի փոքր է, քան ${\displaystyle n_{\mathrm {tot} }}$ ապա մոլային հարաբերակցությունը գրեթե նույնական է մոլային մասի հետ։

Միջազգային միավորների համակարգում միավորը մոլ/մոլ -ն է։ Այն օգտագործվում է փոքր մոլային մասեր նկարագրելու համար։

Զանգվածային մաս

Զանգվածային մասը ${\displaystyle w_{i}}$ բաղադրիչի զանգվածի ${\displaystyle m_{i}}$ և ընդհանուր խառնուրդի զանգվածի ${\displaystyle m_{\mathrm {tot} }}$ հարաբերությունն է

${\displaystyle w_{i}={\frac {m_{i}}{m_{\mathrm {tot} }}}.}$

Միջազգային միավորների համակարգում միավորը կգ/կգ -ն է։ Այն օգտագործվում է փոքր զանգվածային մասեր նկարագրելու համար։

Զանգվածային հարաբերակցություն

Զանգվածային հարաբերակցությունը ${\displaystyle \zeta _{i}}$ բաղադրիչի զանգվածի ${\displaystyle m_{i}}$ և խառնուրդի այլ բաղադրիչնեչի զանգվածի հարաբերությունն է

${\displaystyle \zeta _{i}={\frac {m_{i}}{m_{\mathrm {tot} }-m_{i}}}.}$

Եթե ${\displaystyle m_{i}}$ շատ ավելի փոքր է քան ${\displaystyle m_{\mathrm {tot} }}$, ապա զանգվածային հարաբերակցությունը գրեթե նույնական է զանգվածային մասի հետ։

Միջազգային միավորների համակարգում միավորը կգ/կգ -ն է։ Այն օգտագործվում է փոքր զանգվածային մասեր նկարագրելու համար։

Ծավալից և ջերմաստիճանից կախվածություն

Կոնցենտրացիան կախված է ջերմաստիճանի հետ լուծույթի ծավալի փոփոխությունից՝ հիմնականում ջերմային ընդարձակման պատճառով։

Կոնցենտրացիայի և հարակից քանակությունների աղյուսակ

Կոնցենտրացիայի տեսակ	Նշան	Բանաձև	SI միավոր	Այլ միավոր(ներ)
Խտություն	${\displaystyle \rho _{i}}$ or ${\displaystyle \gamma _{i}}$	${\displaystyle m_{i}/V}$	կգ/մ3	գ/100մլ (= գ/դլ)
Մոլային կոնցենտրացիա	${\displaystyle c_{i}}$	${\displaystyle n_{i}/V}$	մոլ/մ3	M (= մոլ/լ)
Թվային կոնցենտրացիա	${\displaystyle C_{i}}$	${\displaystyle N_{i}/V}$	1/մ3	1/սմ3
Ծավալային կոնցենտրացիա	${\displaystyle \sigma _{i}}$	${\displaystyle V_{i}/V}$	մ3/մ3
Հարակից քանակություններ	Նշան	Բանաձև	SI միավոր	Այլ միավոր(ներ)
Նորմալություն		${\displaystyle c_{i}/f_{\mathrm {eq} }}$	մոլ/մ3	M (= մոլ/լ)
Մոլալիզմ	${\displaystyle b_{i}}$	${\displaystyle n_{i}/m_{\mathrm {solvent} }}$	մոլ/կգ
Մոլային մաս	${\displaystyle x_{i}}$	${\displaystyle n_{i}/n_{\mathrm {tot} }}$	մոլ/մոլ	ppm, ppb, ppt
Մոլային հարաբերակցություն	${\displaystyle r_{i}}$	${\displaystyle n_{i}/(n_{\mathrm {tot} }-n_{i})}$	մոլ/մոլ	ppm, ppb, ppt
Զանգվածային մաս	${\displaystyle w_{i}}$	${\displaystyle m_{i}/m_{\mathrm {tot} }}$	կգ/կգ	ppm, ppb, ppt
Զանգվածային հարաբերակցություն	${\displaystyle \zeta _{i}}$	${\displaystyle m_{i}/(m_{\mathrm {tot} }-m_{i})}$	կգ/կգ	ppm, ppb, ppt
Ծավալային մաս	${\displaystyle \phi _{i}}$	${\displaystyle V_{i}/\sum _{j}V_{j}}$	մ3/մ3	ppm, ppb, ppt

Ծանոթագրություններ

1. IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version:  (2006–) "concentration". doi:10.1351/goldbook.C01222
2. «concentration». Օքսֆորդի անգլերեն բառարան (3-րդ հրատարակություն ed.). Օքսֆորդի համալսարանի հրատարակչություն. սեպտեմբեր, 2015. 
3. IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version:  (2006–) "volume fraction". doi:10.1351/goldbook.V06643