DieMassenkonzentration (Formelzeichen nachDIN 1310^[1]:β^[2][3][4][5]; nachIUPAC^[6]:ρ oderγ), mitunter auch alsPartialdichte^[1][2] bezeichnet, ist eine sogenannteGehaltsgröße, also einephysikalisch-chemische Größe zur quantitativen Beschreibung der Zusammensetzung vonStoffgemischen/Mischphasen (z. B.Lösungen). Hierbei wird dieMasse einer betrachteten Mischungskomponente auf dasGesamtvolumen der Mischphasebezogen.

Die Massenkonzentration ist zu unterscheiden vomMassenanteil, bei der die Masse der Komponente auf die Gesamtmasse bezogen wird.

Die Massenkonzentrationβ_i ist definiert alsQuotient aus der Massem_i einer betrachteten Mischungskomponentei und dem GesamtvolumenV der Mischphase:^[1][2][5][6]

${\displaystyle {\beta }_i=\frac{m_i}{V}}$

V ist hierbei das tatsächliche Gesamtvolumen der Mischphasenach dem Mischvorgang, siehe die Ausführungen beiVolumenkonzentration.

Die Massenkonzentration hat dieselbeDimension wie dieDichteρ und entsprechend gleichfalls dieabgeleitete SI-Einheitkg/m³. In der Praxis wird durch die Verwendung diverserDezimalpräfixe oft der Massenteil (z. B.g, mg, μg) und/oder der Volumenteil (z. B. dm³, cm³) der Einheit modifiziert, bzw. im Volumenteil wird die EinheitLiter l allein oder kombiniert mit einem Dezimalpräfix (z. B. ml) verwendet. Beispielhaft gilt für die Umrechnung: 1 g/cm³ = 1 g/ml = 1 kg/dm³ = 1 kg/l = 1000 g/l = 1000 kg/m³.

Da die Massenkonzentration eine dimensionsbehaftete Größe ist, darf sie nicht – wie es in der Praxis gelegentlich fälschlich anzutreffen ist – lediglich mit dimensionslosenHilfsmaßeinheiten wieProzent (% = 1/100),Promille (‰ = 1/1.000) oderparts per million (1 ppm = 1/1.000.000) angegeben werden, zumal dann auch Verwechslungsgefahr z. B. mit demMassenanteil besteht. Auch andere nicht normgerechte, veraltete, uneindeutige oder irreführende Angabeweisen wie z. B.Massenprozent,Gewichtsprozent oder das Prozentzeichen % jeweils in Kombination mit dem Zusatz (m/v) oder (w/v) sind zu vermeiden.

Bei Nichtvorhandensein der Mischungskomponentei im Stoffgemisch (also wennm_i = 0 kg) ergibt sich der Minimalwertβ_i = 0 kg/m³. Liegt die Komponentei als unvermischterReinstoff vor, stimmt die Massenkonzentrationβ_i mit der Reinstoff-Dichteρ_i überein.

Die Summe der Massenkonzentrationen aller Mischungskomponenten eines Stoffgemisches (bei Lösungen also auch Einbeziehung der Massenkonzentration desLösungsmittels!) ergibt die Dichteρ der Mischphase, welche gleich dem Quotienten aus der Gesamtmassem (Summe der Einzelmassen der Mischungskomponenten) und dem GesamtvolumenV der Mischphase ist (nachfolgend formuliert für ein allgemeines Stoffgemisch aus insgesamtZ Komponenten, Indexz als allgemeiner Laufindex für dieSummenbildung):

${\displaystyle \sum _{z=1}^Z{\beta }_z=\sum _{z=1}^Z\frac{m_z}{V}=\frac{m}{V}=\rho }$

Aus dieser Schließbedingung folgt, dass die Kenntnis bzw. Ermittlung der Massenkonzentrationen vonZ − 1 Komponenten ausreicht (bei einem Zweistoffgemisch also die Massenkonzentration einer Komponente), da sich die Massenkonzentration der verbleibenden Komponente einfach durch Differenzbildung zur Dichteρ der Mischphase (sofern diese bekannt ist) berechnen lässt.

Die Massenkonzentrationen für ein Stoffgemisch gegebener Zusammensetzung sind – wie allevolumenbezogenen Gehaltsgrößen (Konzentrationen^[5],Volumenanteil,Volumenverhältnis) – im Allgemeinen von derTemperatur^[2] (bei Gasgemischen ggf. auch vomDruck) abhängig, so dass zu einer eindeutigen Angabe daher auch die Nennung der zugehörigen Temperatur (ggf. auch des Drucks) gehört. Im Regelfall verursacht eine Temperaturerhöhung eine Vergrößerung des GesamtvolumensV der Mischphase (Wärmeausdehnung), was bei gleichbleibenden Massen zu einer Verringerung der Massenkonzentrationen der Mischungskomponenten führt.

Für Mischungenidealer Gase lässt sich aus derallgemeinen Gasgleichung ableiten, dass die Massenkonzentrationβ_i einer Mischungskomponenteiproportional zu derenPartialdruckp_i undumgekehrt proportional zurabsoluten TemperaturT ist (M_i =molare Masse voni;R =universelle Gaskonstante):

${\displaystyle {\beta }_i=\frac{M_i\cdot p_i}{R\cdot T}}$

In der folgenden Tabelle sind die Beziehungen der Massenkonzentrationβ_i mit den anderen in derDIN 1310 definierten Gehaltsgrößen in Form vonGrößengleichungen zusammengestellt. Dabei stehen die mit einem Index versehenen FormelzeichenM bzw.ρ für diemolare Masse bzw.Dichte (bei gleichemDruck und gleicherTemperatur wie im Stoffgemisch) des jeweiligen durch den Index bezeichnetenReinstoffs. Das Formelzeichenρ ohne Index repräsentiert die Dichte der Mischphase. Der Indexz dient wie oben als allgemeiner Laufindex für dieSummenbildungen und schließti mit ein.N_A ist dieAvogadro-Konstante (N_A ≈ 6,022·10²³ mol⁻¹).

Zusammenhänge der Massenkonzentrationβ_i mit anderenGehaltsgrößen

	Massen-…	Stoffmengen-…	Teilchenzahl-…	Volumen-…
…-anteil	Massenanteilw	Stoffmengenanteilx	TeilchenzahlanteilX	Volumenanteilφ
	${\displaystyle {\beta }_i=w_i\cdot \rho }$	${\displaystyle {\beta }_i=\frac{x_i\cdot M_i\cdot \rho }{\sum _{z=1}^Z(x_z\cdot M_z)}}$	${\displaystyle {\beta }_i=\frac{X_i\cdot M_i\cdot \rho }{\sum _{z=1}^Z(X_z\cdot M_z)}}$	${\displaystyle {\beta }_i=\frac{{\phi }_i\cdot {\rho }_i\cdot \rho }{\sum _{z=1}^Z({\phi }_z\cdot {\rho }_z)}}$
…-konzentration	Massenkonzentrationβ	Stoffmengenkonzentrationc	TeilchenzahlkonzentrationC	Volumenkonzentrationσ
	${\displaystyle {\beta }_i}$	${\displaystyle {\beta }_i=c_i\cdot M_i}$	${\displaystyle {\beta }_i=\frac{C_i\cdot M_i}{N_{\mathrm{A}}}}$	${\displaystyle {\beta }_i={\sigma }_i\cdot {\rho }_i}$
…-verhältnis	Massenverhältnisζ	Stoffmengenverhältnisr	TeilchenzahlverhältnisR	Volumenverhältnisψ
	${\displaystyle {\beta }_i={\zeta }_{ij}\cdot {\beta }_j=\frac{\rho }{\sum _{z=1}^Z{\zeta }_{zi}}}$	${\displaystyle {\beta }_i=\frac{M_i\cdot \rho }{\sum _{z=1}^Z(r_{zi}\cdot M_z)}}$	${\displaystyle {\beta }_i=\frac{M_i\cdot \rho }{\sum _{z=1}^Z(R_{zi}\cdot M_z)}}$	${\displaystyle {\beta }_i=\frac{{\rho }_i\cdot \rho }{\sum _{z=1}^Z({\psi }_{zi}\cdot {\rho }_z)}}$
Quotient Stoffmenge/Masse	Molalitätb
	${\displaystyle {\beta }_i=b_i\cdot M_i\cdot {\beta }_j}$(i = gelöster Stoff,j = Lösungsmittel)
	spezifische Partialstoffmengeq
	${\displaystyle {\beta }_i=q_i\cdot M_i\cdot \rho }$

Die in vorstehender Tabelle in den Gleichungen beimStoffmengenanteilx undTeilchenzahlanteilX auftretendenNenner-Terme sind gleich dermittleren molaren Masse${\displaystyle \overline{M}}$ des Stoffgemisches und können entsprechend ersetzt werden:

${\displaystyle \sum _{z=1}^Z(x_z\cdot M_z)=\sum _{z=1}^Z(X_z\cdot M_z)=\overline{M}}$

Gegeben sei eine Massenkonzentration vonCalcium (inwässriger Lösung in Form von Calciumionen Ca²⁺ vorliegend) in einemMineralwasser in Höhe von 140 mg/l. Gesucht sei die Masse an Calcium, welche man seinem Körper bei Konsum von 1,5 Litern des Mineralwassers zuführt. Durch Umformung obiger Definitionsgleichung und Einsetzen der Zahlenwerte und Einheiten ergibt sich:

${\displaystyle m_{\mathrm{C}\mathrm{a}}={\beta }_{\mathrm{C}\mathrm{a}}\cdot V=140\mathrm{m}\mathrm{g}/\mathrm{l}\cdot 1,5\mathrm{l}=210\mathrm{m}\mathrm{g}}$

Betrachtet wird eineLösung vonNatriumchlorid (Kochsalz) NaCl inWasser H₂O mit denMassenanteilenw_NaCl = 0,03 = 3 % und entsprechendw_H2O = 1 − w_NaCl = 0,97 = 97 %. Mit der Dichteρ dieser Lösung bei 20 °C^[7] folgt für die Massenkonzentrationen von NaCl bzw. H₂O bei dieser Temperatur:

${\displaystyle {\beta }_{\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}}=w_{\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}}\cdot \rho =0,03\cdot 1019,6\mathrm{g}/\mathrm{l}=30,6\mathrm{g}/\mathrm{l}}$

${\displaystyle {\beta }_{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}=w_{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}\cdot \rho =0,97\cdot 1019,6\mathrm{g}/\mathrm{l}=\rho -{\beta }_{\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}}=1019,6\mathrm{g}/\mathrm{l}-30,6\mathrm{g}/\mathrm{l}=989,0\mathrm{g}/\mathrm{l}}$

Luft als dasGasgemisch der Erdatmosphäre enthält die beiden HauptkomponentenStickstoff (Teilchen: N₂-Moleküle) undSauerstoff (Teilchen: O₂-Moleküle). Bei näherungsweiser Betrachtung als ein Gemischidealer Gase sind die üblicherweise tabelliertenmittlerenVolumenanteile der Einzelgase in trockener Luft auf Meereshöhe (N₂: ca. 78,1 %; O₂: ca. 20,9 %) denVolumenkonzentrationenσ gleichzusetzen, somit gilt:

${\displaystyle {\sigma }_{{\mathrm{N}}_2}\approx \mathrm{0,781}=78,1\mathrm{\%}{\sigma }_{{\mathrm{O}}_2}\approx \mathrm{0,209}=20,9\mathrm{\%}}$

Mit Hilfe der Reinstoffdichten von Stickstoff und Sauerstoff für eine bestimmte TemperaturT und einen bestimmten Druckp, beispielsweise fürNormbedingungen (Temperatur 273,15 K = 0 °C; Druck 101.325 Pa = 1,01325 bar) lassen sich daraus die Massenkonzentrationenβ von Stickstoff und Sauerstoff unter den gegebenen Randbedingungen ermitteln:

${\displaystyle {\beta }_{{\mathrm{N}}_2}={\sigma }_{{\mathrm{N}}_2}\cdot {\rho }_{{\mathrm{N}}_2}\approx \mathrm{0,781}\cdot \mathrm{1,250}\mathrm{k}\mathrm{g}/{\mathrm{m}}^3\approx \mathrm{0,976}\mathrm{k}\mathrm{g}/{\mathrm{m}}^3}$

${\displaystyle {\beta }_{{\mathrm{O}}_2}={\sigma }_{{\mathrm{O}}_2}\cdot {\rho }_{{\mathrm{O}}_2}\approx \mathrm{0,209}\cdot \mathrm{1,429}\mathrm{k}\mathrm{g}/{\mathrm{m}}^3\approx \mathrm{0,299}\mathrm{k}\mathrm{g}/{\mathrm{m}}^3}$

In der Realität ist die Luft nicht völlig trocken; bedingt durch denWasserdampf als zusätzliche Mischungskomponente im Stoffgemisch sind die Massenkonzentrationen von Stickstoff und Sauerstoff etwas kleiner.

1. ↑^abcNormDIN 1310:Zusammensetzung von Mischphasen (Gasgemische, Lösungen, Mischkristalle); Begriffe, Formelzeichen. Februar 1984 (mit Anmerkung, dass das Formelzeichenβ anstelle des bisher genormten Zeichens${\displaystyle \varrho }$ festgelegt wird, um Verwechslungen mit der Dichte zu vermeiden).
2. ↑^abcdP. Kurzweil:Das Vieweg Einheiten-Lexikon: Begriffe, Formeln und Konstanten aus Naturwissenschaften, Technik und Medizin. 2. Auflage. Springer Vieweg, 2013,ISBN 978-3-322-83212-2,S. 49, 224, 225, 262,doi:10.1007/978-3-322-83211-5 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche – Softcover-Nachdruck der 2. Auflage 2000).  – (lexikalischer Teil PDF; 71,3 MB).
3. ↑U. R. Kunze, G. Schwedt:Grundlagen der qualitativen und quantitativen Analyse. 4. Auflage. Thieme, Stuttgart [u. a.] 1996,ISBN 3-13-585804-9,S. 71 (dort Fußnote:ρ* zur Unterscheidung von der Dichteρ, als neues Symbol wirdβ_i vorgeschlagen). 
4. ↑K.-H. Lautenschläger:Taschenbuch der Chemie. 18. Auflage. Harri Deutsch, Frankfurt am Main 2001,ISBN 3-8171-1654-3,S. 51. 
5. ↑^abcG. Jander, K. F. Jahr, R. Martens-Menzel, G. Schulze, J. Simon:Maßanalyse: Theorie und Praxis der Titrationen mit chemischen und physikalischen Indikationen. 18. Auflage. De Gruyter, Berlin / Boston 2012,ISBN 978-3-11-024898-2,S. 54,doi:10.1515/9783110248999 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
6. ↑^abEintrag zumass concentration. In:IUPAC (Hrsg.):Compendium of Chemical Terminology. The “Gold Book”.doi:10.1351/goldbook.M03713 – Version: 2.3.3.
7. ↑W. M. Haynes:CRC Handbook of Chemistry and Physics. 95. Auflage. CRC Press / Taylor & Francis, Boca Raton (FL) 2014,ISBN 978-1-4822-0867-2,S. 5–142 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 

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