濃度
上記の例では、100 Lの溶液には32 gの試料(メタノール)が混合していることが読み取れる。
一般的には単位体積あたりの濃度を示すのが普通である。つまり、基本単位であるLあたりのgの濃度を示すことである。
全体量を1Lと調整すると、0.32 g/Lとなる。
規定(計量法上の用語)または規定度は、主に定量分析に用いられる単位体積 (1 L) に含まれるグラム当量数を表す。グラム当量数は反応物質の反応に要する物質量、酸塩基反応などの化学反応を1 mol分の反応を完結させるために必要な物質の質量である。詳しくは化学当量を参照されたい。
規定は1997年10月1日以降は、計量法上の法定計量単位ではなくなっており、取引・証明に用いることは禁止されている。また、工場排水試験方法のJIS規格(JIS K 0102)では1993年の改正で廃止されている。なお、義務教育における学習指導要領でも扱われない。このように、現在ではほぼ使われなくなって、モル濃度(mol/L)に統一されている。
質量/体積濃度に類似するが、それぞれの試料の種類によって、グラム当量が異なるため同質量でも、化学種によって規定濃度は異なる。
式では、規定 = グラム当量 / 体積 と表される。
尚、質量/体積の濃度では、パーセント濃度が使われることは少ない。
溶液の濃度を表す単位として、力価 (タイター) というものが用いられることとなる。これは化学において主にmmol/Lの単位が主に慣習として用いられることから使用される単位である。
力価の単位は、それらと同じように単位体積あたりの質量であるが、基準となる試薬とちょうど反応しあうだけの試薬の質量を示す。
簡単のため、次の例を用いる。
例、基準として5 mgの水酸化ナトリウム試薬がある。これを塩酸溶液1 mLで中和したとする。
このとき、塩酸水溶液1 mLには5 mgの水酸化ナトリウムを中和する力があると考えることができる。このことから、力価は基準となる水酸化ナトリウム試薬5 mgを1 mLで中和する塩酸の濃度と考えることができ、塩酸の濃度は水酸化ナトリウム力価5 mg/mLと表すことができる。
力価はグラム当量に関係するため、規定度に容易に換算することができる。二つを表す式を比較すると、力価=mg/mL 規定度=mg/mL×グラム当量 であり、すなわち 力価=規定度×グラム当量 である。
定量分析などにおいては、力価を正確に測定するため、いくつかの基準試薬(シュウ酸など)から何回かの滴定を行い決定する。
比体積 v {\displaystyle v} は体積 V {\displaystyle V} を質量 m {\displaystyle m} で除することによって得られる:
v = V m {\displaystyle v={\frac {V}{m}}}
SI単位 は、 m 3 / k g {\displaystyle \mathrm {m^{3}/kg} } である。
質量モル濃度 b B {\displaystyle b_{\rm {B}}} は成分の物質量(モル数) n B {\displaystyle n_{\rm {B}}} を溶媒の質量 m A {\displaystyle m_{\rm {A}}} で除することによって得られる:
b B = n B m A {\displaystyle b_{\rm {B}}={\frac {n_{\rm {B}}}{m_{\rm {A}}}}}
SI単位 は、 m o l / k g {\displaystyle \mathrm {mol/kg} } である。
式量濃度は体積濃度の一つで、単位体積中に含まれる混合物のグラム式量数で定義され分析濃度や全濃度と呼ばれることもある。体積モル濃度に似るが、酸や等の解離性の化学種や錯体形成反応等、溶液中で物質量が変化する場合ではこのような濃度が用いられる。
式量濃度は含まれる化学種すべての濃度の総和であり、化学種の平衡濃度(溶液中で化学反応が見かけ上起こらなくなった状態の濃度)を解離定数や溶解度定数等の平衡定数から簡単に求めることができる。詳しくは規定度なども参照されたい。
ここでは例として、解離性の化学種(A)32 gを水で希釈し、100Lとした水溶液を用いる。尚、この化学種(A)の分子量は32であり、水溶液中で40 %解離し、化学種(B)を生じるとする。
この化学種(A)の物質量は1 molであり、式量濃度は体積モル濃度と同じように0.01 mol/Lと算出できる。ここで、水溶液中の体積モル濃度を式量濃度から求めることができる。
水中で化学種(A)は40 %解離し化学種(B)を生じている。つまり、式量濃度(全濃度)0.01 mol/Lの40 %が化学種(B)の体積モル濃度である。つまり0.01×0.4 mol/L=0.004 mol/Lと簡単に計算できる。また同じように化学種(A)は60 %存在するため、0.006 mol/Lと求めることができる。
このように系の中に含まれる物質の式量濃度(全濃度)を求めることは、さらに複雑な解離、錯形成反応を起こす化学種のモル濃度を求める際にも非常に有用である。
比の絶対値に10を乗じて値とする。
モル分率は、全体量と混合試料ともに物質量を基準とし、算出する単位である。体積などのように温度に依存することがないため、物性の異なる多成分を含んだ系に使われることが多い。混合物の物質量/全体の物質量で表される。このため含まれるすべての物質のモル分率の総和や純物質のモル分率は1である。
ここでは次の例を用いる。
例、メタノール32 gを水で希釈し、100 gとした水溶液。
この溶液にはメタノールが32 g(1 mol)含まれる、全体量からの差から求めると、このとき水は68 g含まれている。68 gの水は分子量から求めると3.8 molと算出できる。
つまり、このときこの溶液にはメタノール1.0 molと水3.8 mol、あわせて4.8 molが含まれている。モル分率は混合物の物質量/全体の物質量であるから、メタノールを混合物とすると1.0 mol/4.8 mol=0.21と算出できる。同じように、水のモル分率は約0.79となる。