Molare Konzentration

Die molare Konzentration (auch Stoffmengenkonzentration oder Molarität genannt ) ist die Stoffmenge eines gelösten Stoffes pro Liter Lösung. ^{[ 1 ]} Sie ist ein Maß für die Konzentration einer chemischen Spezies , insbesondere eines gelösten Stoffes in einer Lösung , ausgedrückt als Stoffmenge pro Volumeneinheit der Lösung. In der Chemie ist die gebräuchlichste Einheit für die Molarität die Stoffmenge pro Liter ( mol/L) oder mol / dm³ (1000 mol/ ^m³ ) ( ^genauer : (mol/ m³ )/1000) im SI-System. ^Die molare Konzentration wird oft in eckigen Klammern um den betreffenden Stoff angegeben; beispielsweise wird die Molarität des Hydronium-Ions als [H₃O⁺ ^] _bezeichnet .

Die molare Konzentration, oder Molarität, wird am häufigsten in Mol gelöster Stoff pro Liter Lösung angegeben . ^{[ 2 ]} Für eine breitere Anwendung wird sie definiert als die Stoffmenge des gelösten Stoffes pro Volumeneinheit Lösung oder pro Volumeneinheit, die der Spezies zur Verfügung steht, dargestellt durch einen Kleinbuchstaben : ^{[ 3 ]}${\displaystyle c}$

${\displaystyle c={\frac {n}{V}}={\frac {N}{N_{\text{A}}\,V}}={\frac {C}{N_{\text{A}}}}.}$

Hierbei ist die Stoffmenge des gelösten Stoffes in Mol, ^{[ 4 ]} die Anzahl der Teilchen pro Volumen (in Litern) der Lösung und die Avogadro-Konstante , die seit 2019 genau als definiert ist.${\displaystyle n}$${\displaystyle N}$${\displaystyle V}$${\displaystyle N_{\text{A}}}$6,022 140 76 × 10 ²³  mol ⁻¹ . Das Verhältnis ist die Teilchendichte . ${\displaystyle {N}/{V}}$${\displaystyle C}$

In der Thermodynamik ist die Verwendung der molaren Konzentration oft unpraktisch, da das Volumen der meisten Lösungen aufgrund der thermischen Ausdehnung geringfügig von der Temperatur abhängt . Dieses Problem wird üblicherweise durch die Einführung von Temperaturkorrekturfaktoren oder durch die Verwendung eines temperaturunabhängigen Konzentrationsmaßes wie der Molalität gelöst . ^{[ 4 ]}

Die reziproke Größe stellt die Verdünnung (das Volumen) dar, die im Ostwaldschen Verdünnungsgesetz auftreten kann .

Dissoziiert ein Molekül oder Salz in Lösung, bezieht sich die Konzentration auf die ursprüngliche chemische Formel in Lösung. Die molare Konzentration wird auch als formale Konzentration oder Formalität ( F _{_A} ) oder analytische Konzentration ( c_{_A} ) bezeichnet. Beispielsweise beträgt die formale Konzentration einer Natriumcarbonatlösung ( Na_₂ CO _₃ ) c ( Na_₂ CO _₃) = 1 mol/L, die molaren Konzentrationen sind dann c ( Na ^⁺) = 2 mol/L und c ( CO ₃^- ) = 2 mol/L.2−3) = 1 mol/L, da das Salz in diese Ionen dissoziiert. ^{[ 5 ]}

Es herrscht zwar ein klarer Konsens über die Äquivalenz der Einheiten:

1 mol / m ³ = 10 ⁻³ mol / dm ³ = 10 ⁻³ mol / L = 10 ⁻³  M = 1 mM = 1 mmol/L,

Die Vorgaben für Einheitsnamen und Abkürzungen variieren:

Die Stoffmengenkonzentration wird auch als Stoffkonzentration (in der klinischen Chemie) oder in älterer Literatur als Molarität bezeichnet. Die gebräuchliche Einheit ist Mol pro Kubikdezimeter (mol dm⁻³ ⁾ oder Mol pro Liter (mol L⁻¹ ⁾ , manchmal auch mit M abgekürzt.

In älterer Literatur wurde diese Größe oft als Molarität bezeichnet , eine Verwendung, die aufgrund der Verwechslungsgefahr mit der Größe Molalität vermieden werden sollte . Übliche Einheiten für die Stoffmengenkonzentration sind mol L⁻¹ ⁽ oder mol dm⁻³ ⁾ , mmol L⁻¹ ^, mmol L⁻¹ ^usw. , oft abgekürzt M, mM, μM usw. (ausgesprochen molar, millimolar, micromolar).

Der Begriff Molarität und das Symbol M sollten nicht mehr verwendet werden, da sie ebenfalls veraltet sind. Stattdessen sollte man die Stoffmengenkonzentration von B und Einheiten wie mol/dm³, kmol/m³ oder mol/L verwenden ^. ( ^Eine Lösung mit beispielsweise 0,1 mol/dm³ ^wurde oft als 0,1 molare Lösung bezeichnet, abgekürzt 0,1 M. Die Molarität der Lösung betrug 0,1 M.)

Das SI-Präfix „ Mega “ (Symbol M) hat dasselbe Symbol. Da das Präfix jedoch nie allein verwendet wird, steht „M“ eindeutig für molar. Untereinheiten wie „Millimolar“ (mM) und „Nanomolar“ (nM) bestehen aus der Einheit, der ein SI-Präfix vorangestellt ist .

Die Umrechnung in die Zahlenkonzentration erfolgt durch ${\displaystyle C_{i}}$

${\displaystyle C_{i}=c_{i}N_{\text{A}},}$

Wo liegt die Avogadro-Konstante ? ${\displaystyle N_{\text{A}}}$

Die Umrechnung in die Massenkonzentration erfolgt durch ${\displaystyle \rho _{i}}$

${\displaystyle \rho _{i}=c_{i}M_{i},}$

wobei die molare Masse des Bestandteils ist . ${\displaystyle M_{i}}$${\displaystyle i}$

Die Umrechnung in Molenbruch erfolgt durch ${\displaystyle x_{i}}$

${\displaystyle x_{i}=c_{i}{\frac {\overline {M}}{\rho }},}$

Dabei ist die mittlere molare Masse der Lösung und die Dichte der Lösung. ${\displaystyle {\overline {M}}}$${\displaystyle \rho }$

Eine einfachere Beziehung lässt sich durch Betrachtung der gesamten molaren Konzentration erzielen, nämlich der Summe der molaren Konzentrationen aller Komponenten des Gemisches:

${\displaystyle x_{i}={\frac {c_{i}}{c}}={\frac {c_{i}}{\sum _{j}c_{j}}}.}$

Die Umrechnung in Massenanteile erfolgt durch ${\displaystyle w_{i}}$

${\displaystyle w_{i}=c_{i}{\frac {M_{i}}{\rho }}.}$

Bei binären Gemischen erfolgt die Umrechnung in die Molalität durch${\displaystyle b_{2}}$

${\displaystyle b_{2}={\frac {c_{2}}{\rho -c_{1}M_{1}}},}$

wobei das Lösungsmittel Substanz 1 und der gelöste Stoff Substanz 2 ist.

Bei Lösungen mit mehr als einem gelösten Stoff beträgt die Umrechnung

${\displaystyle b_{i}={\frac {c_{i}}{\rho -\sum _{j\neq i}c_{j}M_{j}}}.}$

Die Summe der molaren Konzentrationen ergibt die Gesamtkonzentration, also die Dichte des Gemisches dividiert durch seine molare Masse oder, anders ausgedrückt, den Kehrwert seines molaren Volumens. In einer ionischen Lösung ist die Ionenstärke proportional zur Summe der molaren Konzentrationen der Salze.

Die Summe der Produkte dieser Größen ist gleich eins:

${\displaystyle \sum _{i}c_{i}{\overline {V_{i}}}=1.}$

Die molare Konzentration hängt von der Volumenänderung der Lösung ab, die hauptsächlich auf die thermische Ausdehnung zurückzuführen ist. Bei kleinen Temperaturintervallen ist die Abhängigkeit …

${\displaystyle c_{i}={\frac {c_{i,T_{0}}}{1+\alpha \Delta T}},}$

Dabei ist die molare Konzentration bei einer Referenztemperatur und der thermische Ausdehnungskoeffizient des Gemisches. ${\displaystyle c_{i,T_{0}}}$${\displaystyle \alpha }$

• Molalität
• Normalität
• Größenordnungen (molare Konzentration)

• Molarer Lösungskonzentrationsrechner
• Experiment zur Bestimmung der molaren Konzentration von Essig durch Titration