濃度
体積濃度(容量濃度)とは、全体量を体積単位で計測し、算出する濃度で、基本単位がL(リットル)の場合と立方メートルの場合がある。混合されている試料を計測する単位は、質量や物質量であることが多い。化学の場面において、ある濃度の水溶液を調整する場合、試料を正確な量測り取り、メスフラスコなどの器具を用いて正確な体積に希釈し調整することが多く、主な化学薬品なども「体積モル濃度」で示されるのが普通である。実験操作では主に溶液の体積測定が問題となるため、溶液の体積を基にした濃度方式は便利であり、最もよく使われる濃度単位である。
ここでも簡単のため、
例、メタノール32.0 gを水で希釈し、100 Lとした水溶液(基本単位はリットルを用いる)。
を例として以下に説明する。
これを単位体積あたりの濃度に調節すると、0.01 mol/Lとなり、体積モル濃度が求められる。
式で表すと、 M=n/V(M=体積モル濃度、n=物質量、V=体積)である。
以上を簡単にまとめると以下になる。
CH3OH = 32.0 -とすると、(32.0 g/(32.0 g/mol))/100 L = 1.00×10 mol/L
このように体積モル濃度は物質量を全体量の体積で除したものである。物質量は溶質の質量から分子量を使って求められるため、「質量パーセント濃度」などの一般的な濃度単位から「体積モル濃度」へ変換する場合、密度などから溶質の質量を算出した後、物質量を決定し、体積で割ることで変換できる。
仮に、密度1000 g/Lである質量パーセント濃度32 wt%のメタノール水溶液が与えられた場合、体積1 Lの水溶液に含まれるメタノールの質量は密度と質量パーセント濃度から320 gと求められる。このときの物質量は分子量から10 molと算出でき、それより体積モル濃度を10 mol/Lと決定することができる。
IUPAC 著、産業技術総合研究所計量標準総合センター 訳『物理化学で用いられる量・単位・記号』日本化学会監修(3版)、講談社。https://unit.aist.go.jp/nmij/public/report/translation/IUPAC/iupac/iupac_green_book_jp.pdf。2019年5月14日閲覧。
IUPAC (英語) (PDF). IUPAC Green Book (2 ed.). RSC Publishing. http://old.iupac.org/publications/books/gbook/green_book_2ed.pdf 2019年5月14日閲覧。
IUPAC. “concentration” (英語). IUPAC Gold Book. 2019年5月14日閲覧。
日本化学会 編『標準化学用語辞典』(2版)丸善、2005年。http://pub.maruzen.co.jp/shop/4621075314.html。
比の絶対値に10を乗じて値とする。
体積は溶液の密度が混合比により変化したり、溶液の熱膨張により密度が変化する為、体積を用いる濃度は正確な計量には使いにくい指標である。
一方、定量分析の滴定では試薬量を体積で測る場合が多い為に、全体量は体積とするが成分量は物質量で計った体積モル濃度(mol/L)や試薬のモル当量で計った規定濃度が利用される。前述の様に体積が持つ不確かさを相殺する為に、各測定実験毎に逆滴定で濃度のファクター(補正係数)を決定する必要がある。