Молярная концентрация (или молярность, обозначается C) определяется как количество вещества растворённого вещества в молях на единицу объёма раствора в литрах:
$$ C = \frac{n}{V} $$
где n — количество вещества в молях, V — объём раствора в литрах. Молярность широко используется в аналитической химии для точного приготовления стандартных растворов и проведения титриметрического анализа. При работе с концентрированными растворами необходимо учитывать изменение объёма при растворении вещества.
Молярная концентрация по массе (или нормальность по массе, c_m) определяется как масса растворённого вещества на объём раствора:
$$ c_m = \frac{m}{M \cdot V} $$
где m — масса вещества в граммах, M — молярная масса вещества, V — объём раствора. Этот способ удобен при использовании взвешивания вещества как первичного способа измерения концентрации.
Молярная доля (Xi) выражает отношение числа молей компонента к суммарному числу молей всех компонентов раствора:
$$ X_i = \frac{n_i}{\sum n_j} $$
Молярная доля используется при расчётах смесей растворителей и при изучении коллигативных свойств растворов, таких как понижение давления пара или повышение температуры кипения.
Массовая доля вещества (w) показывает, какая часть массы раствора приходится на растворённое вещество:
$$ w = \frac{m_{\text{в-ва}}}{m_{\text{раствора}}} $$
Массовая доля обычно выражается в процентах и используется в промышленной химии и при аналитических операциях, где точность измерения массы выше, чем объёма.
Объёмная доля (ϕ) применяется для жидких компонентов:
$$ \phi = \frac{V_{\text{компонента}}}{V_{\text{смеси}}} $$
Её используют при приготовлении растворов спирта, масел и других жидких реагентов, где важно соблюдение объёмных пропорций.
Нормальность (N) характеризует эквивалентное количество растворённого вещества на литр раствора:
$$ N = \frac{\text{эквиваленты вещества}}{V} $$
Эквивалент вещества зависит от типа химической реакции (кислотно-основной, окислительно-восстановительной или осадительной). Нормальность широко используется в титриметрическом анализе, особенно при подготовке титров стандартных растворов кислот и щелочей.
Моляльность (b) определяется как количество молей растворённого вещества на килограмм растворителя:
$$ b = \frac{n}{m_{\text{р-ля}}} $$
Моляльность удобна при проведении экспериментов, связанных с коллигативными свойствами, так как она не зависит от температуры, в отличие от молярной концентрации.
Для точного анализа часто требуется переход между различными способами выражения концентрации. Например, молярность и моляльность связаны соотношением:
$$ C = \frac{b \cdot \rho}{1 + b \cdot M_{\text{в-ва}}} $$
где ρ — плотность раствора, Mв-ва — молярная масса растворённого вещества. Массовую долю можно перевести в молярность через молярную массу и плотность раствора:
$$ C = \frac{w \cdot \rho}{M_{\text{в-ва}}} $$
Понимание взаимосвязи различных способов выражения концентрации является фундаментом для расчётов в аналитической химии и обеспечивает точность экспериментальных данных.
Эти способы выражения концентрации обеспечивают точность и воспроизводимость аналитических методов, позволяя корректно планировать химические реакции, расчёты титров и подготовку стандартных растворов.