質量濃度（化学）

化学では、 質量濃度 ρi（またはγi）は、成分miの質量を混合物の体積Vで割ったものとして定義されます。

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

純粋な化学物質の場合、質量濃度は密度（質量で割った体積）に等しくなります。したがって、混合物中の成分の質量濃度は、混合物中の成分の密度と呼ぶことができます。これは、密度に最もよく使用される記号であるρ（ギリシャ文字の小文字のrho）の使用法を説明しています。

定義とプロパティ

定義の体積Vは、溶媒の体積ではなく 、溶液の体積を指します。溶解プロセスにより液体の量が増減するため、通常、1リットルの溶液には1リットルよりわずかに多いまたはわずかに少ない溶媒が含まれています。質量濃度は力価と呼ばれることもあります。

表記法

質量密度に共通の表記は、2つの量の間の関係を強調します（質量濃度は、溶液中の成分の質量密度です）が、特に追加の記号で区別されない同じ式に現れる場合、混乱の原因になります（星の上付き文字、太字の記号、またはvarrhoなど）。

ボリュームへの依存

質量濃度は、主に熱膨張による溶液の体積の変動に依存します。温度の短い間隔では、依存性は次のとおりです。

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

ρI（T 0）が基準温度での質量濃度であり、αは、混合物の熱膨張係数です。

質量濃度の合計-正規化関係

すべての成分（溶媒を含む）の質量濃度の合計により、溶液の密度ρが得られます。

ρ= ∑iρi {\ displaystyle \ rho = \ sum _ {i} \ rho _ {i} \、}

したがって、純粋な成分の場合、質量濃度は純粋な成分の密度に等しくなります。

製品の質量濃度の合計-部分比体積

これらの数量間の積の合計は1です。

∑iρi⋅vi¯ = 1 {\ displaystyle \ sum _ {i} \ rho _ {i} \ cdot {\ bar {v_ {i}}} = 1}

単位

質量濃度のSI単位はkg / m3（キログラム/立方メートル）です。これはmg / mLおよびg / Lと同じです。別の一般的に使用される単位はg /（100 mL）で、これはg / dL（グラム/デシリットル）と同じです。

生物学での使用

生物学では、「質量」/「体積パーセント」とも呼ばれる質量濃度を示すために「％」記号が誤って使用されることがあります。 100 mLの溶液の最終体積に1 gの溶質が溶解した溶液は、「1％」または「1％m / v」（質量/体積）と表示されます。単位「％」は無次元の数量にのみ使用できるため、表記法には数学的な欠陥があります。したがって、「パーセント溶液」または「パーセント溶液」は、「質量パーセント溶液」（m / m = m％=混合後の質量溶質/質量総溶液）、または「体積パーセント溶液」（v / v = v ％=混合後の総溶液の体積あたりの体積溶質）。非常に曖昧な用語「パーセント解」および「パーセント解」は、他の修飾子なしで、時々遭遇し続けます。

生物学における平均m / vの％の一般的な使用法は、多くの生物学的溶液が希釈されており、水ベースまたは水溶液であるためです。液体の水の密度は約1 g / cm3（1 g / mL）（水の密度）です。したがって、100 mLの水は約100 gに相当します。したがって、最終容量100 mLの水溶液に1 gの溶質が溶解した溶液も、1％m / m（99 gの水に1 gの溶質）と見なすことができます。溶質濃度が増加すると、この近似は崩れます。例として、水とNaClの混合物の密度（NaClが溶解した水の密度）を参照してください。溶質濃度が高いことは、生理学的に重要ではないことが多いが、薬理学では、体積あたりの質量表記法が未だに時々出会うことがある。極端な例は、高濃度の塩KIの溶解度が非常に高いので、100 "％" m / vヨウ化カリウムの質量濃度（1 mL溶液あたり1グラムKI）に達するヨウ化カリウム（SSKI）の飽和溶液です。結果のソリューションは非常に高密度です（水の密度の1.72倍）。

反対の例もありますが、一般的に使用される％w / vの「単位」はグラム/ミリリットル（g / mL）であることを強調する必要があります。 1％m / v溶液はグラム/ 100 mLと見なされることもありますが、これは％m / vがg / mLであるという事実を損ないます。 1 gの水は（標準の温度と圧力で）約1 mLの体積を持ち、質量濃度は100％と言われています。 10 mLの1％コール酸水溶液を作成するには、0.1グラムのコール酸を10 mLの水に溶解します。メスフラスコは、高溶質濃度では理想的な溶液の挙動から逸脱する可能性があるため、この手順に最も適したガラス製品です。

溶液では、質量濃度は一般に質量/またはm / vの比として現れます。 （生物学のように）比較的少量の溶解溶質を含む水溶液では、そのような数値は、溶液1 mLあたりの溶質グラムの比率を100倍することで「百分率化」されます。結果は「質量/体積パーセント」として示されます。このような規則では、100 mLの溶液中の1グラムの溶質の質量濃度を「1 m / v％」として表します。

関連数量

純成分の密度

質量濃度と純粋成分の密度（単一成分混合物の質量濃度）の関係は次のとおりです。

ρi=ρi∗ ViV {\ displaystyle \ rho _ {i} = \ rho _ {i} ^ {*} {\ frac {V_ {i}} {V}} \、}

ここで、 ρ ∗
iは純成分の密度、Viは混合前の純成分の体積です。

比体積（または質量比体積）

比容積は、純粋な物質の場合にのみ質量濃度の逆数であり、質量濃度は純粋な物質の密度と同じです。

ν= Vm =1ρ{\ displaystyle \ nu = {\ frac {V} {m}} \ = {\ frac {1} {\ rho}}}

モル濃度

モル濃度ciへの変換は次のようになります。

ci =ρiMi{\ displaystyle c_ {i} = {\ frac {\ rho _ {i}} {M_ {i}}}}

ここで、Miは成分iのモル質量です。

質量分率

質量分率wiへの変換は次のようになります。

wi =ρiρ{\ displaystyle w_ {i} = {\ frac {\ rho _ {i}} {\ rho}}}

モル分率

モル分率xiへの変換は、次の式で与えられます。

xi =ρiρ⋅MMi{\ displaystyle x_ {i} = {\ frac {\ rho _ {i}} {\ rho}} \ cdot {\ frac {M} {M_ {i}}}}

ここで、Mは混合物の平均モル質量です。

モラリティ

二成分混合物の場合、モル濃度biへの変換は次のようになります。

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

空間変動と勾配

空間で異なる（質量とモル）濃度の値は、拡散現象を引き起こします。