在化学中,质量浓度[1][2](mass concentration,
或
)定义为组分 i 的质量 mi 除以相应混合物的体积 V(包括 i 的体积)[3]:
![{\displaystyle \rho _{i}={\frac {m_{i}}{V}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b5b312e5c37522d7d5d6eade43f3e6259068931b)
质量浓度常应用于流体混合物,一般可解释作:以“单位流体体积所含物质的质量”来表示“该物质在流体中的浓度”。生活上的运用如空气中的污染物浓度,就是用质量浓度作为计量单位。
对于纯物质(相对于混合物)而言,质量浓度就相当于该纯物质的质量除以体积,即纯物质的密度;由此推演,质量浓度用于混合物的情况下,可视作混合物中某组分的密度。由于质量浓度的符号是
,为避免与组分 i 自身密度
混淆,有时用
来表示组分 i 的质量浓度。
单位
质量浓度的 SI 单位是 kg/m3(千克/立方米),与 mg/mL 和 g/L 相同。其他单位有 g/(100 mL),与 g/dL(克/分升)相同;以及 g/L(克/升)也常用。
性质
温度的影响
温度发生变化时,混合物的体积会发生膨胀,质量浓度随之下降。在温度变化较小时,混合物的体积和温度呈线性关系,故质量浓度可以通过下式进行估算:
![{\displaystyle \rho _{i}={\frac {\rho _{i,T_{0}}}{(1+\alpha \cdot \Delta T)}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0f24093d3d3bd12510f4ad4400c94c9aa0613035)
此处的
是参考温度下的质量浓度,而
是混合物的热膨胀系数。
归一化关系
混合物中各组分的质量浓度的和等于混合物的密度
![{\displaystyle \rho =\sum _{i}\rho _{i}\,}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4e4cf46848ba215d85e5b24e84cb01c79ab7b549)
与偏微比容的关系
各组分的质量浓度和偏微比容的乘积之和为
![{\displaystyle \sum _{i}\rho _{i}\cdot {\bar {v_{i}}}=1}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/dc37f56992427ff54e4984d8fa90686cba39844f)
和纯组分密度的关系
某组分的质量浓度和其自身密度的关系为:
![{\displaystyle \rho _{i}=\rho _{i}^{*}{\frac {V_{i}}{V}}\,}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/70adc88b7017f1b2efe1a6afd3a78e0f1198c9c2)
此处
是该组分自身的密度,
是该组分混合之前所占的体积。
和其他浓度的关系
和摩尔浓度的关系
摩尔浓度
和质量的浓度的转化关系如下:
![{\displaystyle c_{i}={\frac {n_{i}}{V_{i}}}={\frac {m_{i}}{M_{i}V_{i}}}={\frac {\rho _{i}}{M_{i}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/911cdbb304a69214d36c0b497a5c2ece4aa1437e)
此处
是组分
的摩尔质量。
和质量百分浓度的关系
质量百分浓度
和质量浓度的转化关系如下:
![{\displaystyle w_{i}={\frac {m_{i}}{m}}={\frac {\rho _{i}V}{\rho V}}={\frac {\rho _{i}}{\rho }}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8b4d70fec8aacc8f2d6de84fbe72b39afb528a5b)
与摩尔分数的关系
摩尔分数
和质量浓度的换算式为
![{\displaystyle x_{i}={\frac {n_{i}}{n}}={\frac {\frac {m_{i}}{M_{i}}}{\frac {m}{M}}}={\frac {\frac {\rho _{i}V}{M_{i}}}{\frac {\rho V}{M}}}={\frac {\rho _{i}}{\rho }}\cdot {\frac {M}{M_{i}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ceada75da6a248fc10daed72902e28a843a57232)
指的是混合物的平均摩尔质量。
和重量摩尔浓度的关系
对于两组分的混合物, 重量摩尔浓度
等于
![{\displaystyle b_{i}={\frac {\rho _{i}}{M_{i}(\rho -\rho _{i})}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bbb5cb50b10df107676574c979c9cd997e081f8a)
参考文献
- 傅献彩等. 物理化学 第五版. 高等教育出版社. 2005年7月: 211页.