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质量浓度

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在化学中,质量浓度[1][2](mass concentration,ρi{\displaystyle \rho _{i}}γi{\displaystyle \gamma _{i}})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]

ρi=miV{\displaystyle \rho _{i}={\frac {m_{i}}{V}}}

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ρi{\displaystyle \rho _{i}},为避免与组分i 自身密度ρ{\displaystyle \rho } 混淆,有时用γi{\displaystyle \gamma _{i}} 来表示组分i 的质量浓度。

单位

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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

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温度的影响

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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:

ρi=ρi,T0(1+αΔT){\displaystyle \rho _{i}={\frac {\rho _{i,T_{0}}}{(1+\alpha \cdot \Delta T)}}}

此处的ρi,T0{\displaystyle \rho _{i,T_{0}}} 是参考温度下的质量浓度,而α{\displaystyle \alpha } 是混合物的热膨胀系数。

归一化关系

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混合物中各组分的质量浓度的和等于混合物的密度ρ{\displaystyle \rho }

ρ=iρi{\displaystyle \rho =\sum _{i}\rho _{i}\,}

与偏微比容的关系

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各组分的质量浓度和偏微比容的乘积之和为

iρivi¯=1{\displaystyle \sum _{i}\rho _{i}\cdot {\bar {v_{i}}}=1}

和纯组分密度的关系

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某组分的质量浓度和其自身密度的关系为:

ρi=ρiViV{\displaystyle \rho _{i}=\rho _{i}^{*}{\frac {V_{i}}{V}}\,}

此处ρi{\displaystyle \rho _{i}^{*}} 是该组分自身的密度,Vi{\displaystyle V_{i}} 是该组分混合之前所占的体积。

和其他浓度的关系

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和摩尔浓度的关系

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摩尔浓度ci{\displaystyle c_{i}} 和质量的浓度的转化关系如下:

ci=niVi=miMiVi=ρiMi{\displaystyle c_{i}={\frac {n_{i}}{V_{i}}}={\frac {m_{i}}{M_{i}V_{i}}}={\frac {\rho _{i}}{M_{i}}}}

此处Mi{\displaystyle M_{i}}是组分i{\displaystyle i}的摩尔质量。

和质量百分浓度的关系

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质量百分浓度wi{\displaystyle w_{i}}和质量浓度的转化关系如下:

wi=mim=ρiVρV=ρiρ{\displaystyle w_{i}={\frac {m_{i}}{m}}={\frac {\rho _{i}V}{\rho V}}={\frac {\rho _{i}}{\rho }}}

与摩尔分数的关系

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摩尔分数xi{\displaystyle x_{i}}和质量浓度的换算式为

xi=nin=miMimM=ρiVMiρVM=ρiρMMi{\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}}}}

M{\displaystyle M} 指的是混合物的平均摩尔质量。

和重量摩尔浓度的关系

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对于两组分的混合物,重量摩尔浓度bi{\displaystyle b_{i}}等于

bi=ρiMi(ρρi){\displaystyle b_{i}={\frac {\rho _{i}}{M_{i}(\rho -\rho _{i})}}}

参考文献

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  1. ^https://www.termonline.cn/word/387908/1#
  2. ^存档副本. [2022-04-26]. (原始内容存档于2022-04-26). 
  3. ^International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC),The IUPAC Compendium of Chemical Terminology,4-th ed. (The Gold Book) (1997)。在線校正版: (2006–) "mass concentration"。doi:10.1351/goldbook.M03713
  • 傅献彩等. 物理化学 第五版. 高等教育出版社. 2005年7月: 211页. 


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