Concentració en massa (química)

En química, la concentració en massa o concentració másica ρ_i (o γ_i) es definix com la massa d'un constituent m_i dividida pel volum de la mescla V.

${\rho }_i=\frac{m_i}{V}$

Per a un producte químic pur, la concentració de massa és igual a la seua densitat (massa dividida entre volum); per lo tant, la concentració de massa d'un component en una mescla es pot cridar la densitat d'un component en una mescla. Açò explica l'us de ρ (la lletra grega minúscula rho), el símbol més utilisat per a la densitat.

Definició i propietats

El volum V en la definició es referix al volum de la solució, no al volum del solvent. Un litro d'una solució generalment conté una miqueta més o una miqueta menys d'1 litro de solvent perque el procés de dissolució fa que el volum de líquit aumente o disminuïxca. A voltes, la concentració de massa es diu títul.

Notació

La notació comuna en la densitat de massa subralla la conexió entre les dos cantitats (sent la concentració de massa la densitat de massa d'un component en la solució), pero pot ser una font de confusió, especialment quan apareixen en la mateixa fòrmula sense diferenciar-se per un símbol adicional (com un superíndex d'estrela, un símbol en negreta o rho).

Dependència del volum

La concentració másica depén de la variació del volum de la solució degut principalment a l'expansió tèrmica. En menuts intervals de temperatura la dependència és:

${\rho }_i=\frac{{\rho }_{i\left(T_0\right)}}{1+\alpha \Delta T}$

a on ρ_i(T0) és la concentració másica a una temperatura de referència, α és el coeficient d'expansió tèrmica de la mescla.

Suma de concentracions de massa - relació de normalisació

La suma de les concentracions de massa de tots els components (inclós el solvent) dona la densitat ρ de la solució:

$\rho =\sum _i{\rho }_i$

Per lo tant, per al component pur, la concentració de massa és igual a la densitat del component pur.

Unitats

La unitat SI per a la concentració de massa és kg/m³ (quilogram/metro cúbic). Açò és lo mateix que mg/ml i g/L. Una atra unitat d'us comú és g/(100 ml), que és idèntic a g/dL (gram/decilitro).

Us en biologia

En biologia, el símbol "%" a voltes s'usa incorrectament per a indicar la concentració de massa, també cridada "percentage de massa/volum". Una solució en 1 g de solut dissolt en un volum final de 100 ml de solució s'etiquetaria com "1%" o "1% m/v" (massa/volum). La notació és matemàticament defectuosa perque l'unitat "%" solament es pot usar per a cantitats adimensionales. Per lo tant, "solució percentual" o "solució percentual" són térmens que es reserven millor per a "solucions percentuals en massa" (m/m = m% = solut en massa/solució total en massa despuix de mesclar), o "solucions percentuals en volum" (v/v = v % = volum de solut per volum de solució total despuix de mesclar). Els térmens molt ambigus "solució percentual" i "solucions percentuals" sense atres calificadores continuen trobant-se ocasionalment.

Este us comú de % per a significar m/v en biologia es deu a que moltes solucions biològiques són diluïdes i a pur de aigua o una solució acuosa. L'aigua líquida té una densitat d'aproximadament 1 g/cm³ (1 g/ml). Aixina, 100 ml d'aigua és igual a aproximadament 100 grams. Per lo tant, una solució en 1 g de solut dissolt en volum final de 100 ml de solució acuosa també es pot considerar al 1% m/m (1 g solut en 99 g d'aigua). Esta aproximació es trenca a mida que aumenta la concentració de solut (per eixemple, en mescles d'aigua i NaCl). Les concentracions altes de solut a sovint no són fisiológicamente rellevants, pero ocasionalment es troben en farmacologia, a on encara es troba a voltes la notació de massa per volum. Un eixemple extrem és la solució saturada de yodur de potassi (SSKI) que alcança una concentració de massa de yodur de potassi de 100 "%" m/v (1 gram KI per 1 ml de solució) solament perque la solubilidad de la sal densa KI és extremadament alta en aigua i la solució resultant és molt densa (1,72 voltes més densa que l'aigua).

Encara que hi ha eixemples de lo contrari, deu subrallar-se que les "unitats" d'us comú de % p/v són grams per milílitro (g/ml). Les solucions 1% m/v a voltes es consideren grams/100 ml, pero açò resta valor al fet de que % m/v és g/ml; 1g d'aigua té un volum d'aproximadament 1 ml (a temperatura i pressió estàndar) i es diu que la concentració en massa és 100%. Per a fer 10 ml d'una solució acuosa de colato al 1%, 0,1 grams de colato es dissolen en 10ml d'aigua. Els matraces volumètrics són la peça de vidre més apropiada per a este procediment, ya que poden ocórrer desviacions del comportament ideal de la solució en altes concentracions de solut.

En solucions, la concentració de massa es troba comunament com la relació de massa/[solució de volum], o m/v. En solucions d'aigua que contenen cantitats relativament menudes de solut dissolt (com en biologia), estes sifres poden "percentivizarse" multiplicant per 100 una proporció de grams de solut per ml de solució. El resultat es dona com "percentage de massa/volum". Tal convenció expressa la concentració de massa d'1 gram de solut en 100 ml de solució, com "1 m/v %".