Quantidade específica de substâncias parciais

O Partialstoffmenge específico ( Símbolos : q ) de acordo com DIN 1310 e DIN 32625 um chamado tamanho de conteúdo , que é uma quantidade físico-química para descrição quantitativa da composição de misturas / fases mistas (por exemplo. Solução ). Aqui, a quantidade de substância de um componente de mistura considerado está relacionada à massa total da fase de mistura .

Definição e características

A quantidade parcial específica da substância q _i é definida como o quociente da quantidade da substância n _{i de} um componente i da mistura considerada e a massa total m da fase mista:

{\ displaystyle q_ {i} = {\ frac {n_ {i}} {m}}}

O total de massa m da fase mista é a soma das massas de todos os componentes da mistura, formulado abaixo para uma mistura geral de um total de Z componentes (índice tal como um índice geral de funcionamento para o somatório inclui i com um):

{\ displaystyle m = \ sum _ {z = 1} ^ {Z} m_ {z}}

As " partículas " nas quais o conceito da quantidade de substância se baseia devem ser especificadas se necessário; podem ser objetos materiais elementares, como átomos , moléculas , íons ou unidades de fórmula (como no exemplo de NaCl abaixo).

A referência à massa total m da fase mista diferencia a quantidade parcial específica de substância q _i da quantidade de teor muito semelhante molalidade b _i . No caso da quantidade de conteúdo restrita a soluções , a quantidade de substância de uma substância dissolvida considerada i está relacionada à massa do solvente ( indicada abaixo com j ):

{\ displaystyle b_ {i} = {\ frac {n_ {i}} {m_ {j}}}}

Ambas as quantidades de conteúdo têm a mesma dimensão e, consequentemente, a mesma unidade SI derivada mol / kg .

Vantajosamente, a quantidade de substância parcial específica, bem como a molalidade - em contraste com as variáveis de conteúdo relacionadas ao volume ( concentrações como a concentração molar ; fração de volume ; razão de volume ) - é independente da temperatura e pressão , uma vez que as massas e as quantidades de substância, ao contrário dos volumes, variam com a temperatura ou não alteram a pressão, desde que não ocorram alterações materiais. Além disso, seu uso permite uma maior precisão, uma vez que as massas podem ser determinadas com mais precisão do que os volumes, e quaisquer contrações (ou dilatações) de volume não precisam ser levadas em consideração no preparo da solução.

usar

A quantidade de substância parcial específica do tamanho do conteúdo é muito adequada para muitas aplicações no campo da química do estado sólido , química analítica e estequiometria . Isso se aplica em particular à descrição da composição química de misturas sólidas cujos volumes são fracos ou impossíveis, mas cujas massas podem ser determinadas facilmente, por exemplo ligas e compostos químicos sólidos, incluindo compostos macromoleculares ( polímeros , incluindo polímeros funcionalizados, como trocador de íons ) . Dependendo da aplicação, outros termos também podem ser usados, e. B. Capacidade (trocador de íons), ocupação (polímeros funcionalizados), quantidade específica de substância ( análise elementar ).

No caso de titulações ( titulações de pesagem) realizadas gravimetricamente em vez de volumetricamente como é usual , quantidades específicas de substâncias parciais são usadas para indicar o conteúdo das soluções-padrão .

Relações com outros níveis salariais

A tabela a seguir mostra as relações entre a quantidade específica de substância parcial q _i e as outras quantidades de conteúdo definidas na DIN 1310 na forma de equações de tamanho . Os símbolos da fórmula M e ρ fornecidos com um índice representam a massa ou densidade molar (à mesma pressão e temperatura que na mistura de substâncias) da respectiva substância pura identificada pelo índice . O símbolo ρ sem índice representa a densidade da fase mista. Como acima, o índice z serve como um índice geral para as somas e inclui i . N _A é a constante de Avogadro ( N _A ≈ 6,022 · 10 ²³ mol ⁻¹ ).

Relação entre a quantidade específica de substâncias parciais *q _i* e outras quantidades de conteúdo
	Missas - ...	Quantidades de substância - ...	Número da partícula - ...	Volume - ...
... - compartilhar	Fração de massa w	Quantidade de fração de substância x	Fração do número de partícula X	Fração de volume φ
... - compartilhar	${\ displaystyle q_ {i} = {\ frac {w_ {i}} {M_ {i}}}}$	${\ displaystyle q_ {i} = {\ frac {x_ {i}} {\ sum _ {z = 1} ^ {Z} (x_ {z} \ cdot M_ {z})}}}$	${\ displaystyle q_ {i} = {\ frac {X_ {i}} {\ sum _ {z = 1} ^ {Z} (X_ {z} \ cdot M_ {z})}}}$	${\ displaystyle q_ {i} = {\ frac {\ varphi _ {i} \ cdot \ rho _ {i}} {M_ {i} \ cdot \ sum _ {z = 1} ^ {Z} (\ varphi _ {z} \ cdot \ rho _ {z})}}}$
… - concentração	Concentração de massa β	Concentração molar c	Concentração do número de partículas C	Concentração de volume σ
… - concentração	${\ displaystyle q_ {i} = {\ frac {\ beta _ {i}} {M_ {i} \ cdot \ rho}}}$	${\ displaystyle q_ {i} = {\ frac {c_ {i}} {\ rho}}}$	${\ displaystyle q_ {i} = {\ frac {C_ {i}} {N _ {\ mathrm {A}} \ cdot \ rho}}}$	${\ displaystyle q_ {i} = {\ frac {\ sigma _ {i} \ cdot \ rho _ {i}} {M_ {i} \ cdot \ rho}}}$
... - proporção	Razão de massa ζ	Razão molar r	Razão do número de partículas R	Relação de volume ψ
... - proporção	${\ displaystyle q_ {i} = {\ frac {1} {\ sum _ {z = 1} ^ {Z} \ zeta _ {zi}}} \ cdot {\ frac {1} {M_ {i}}} }$	${\ displaystyle q_ {i} = r_ {ij} \ cdot q_ {j} = {\ frac {1} {\ sum _ {z = 1} ^ {Z} (r_ {zi} \ cdot M_ {z}) }}}$	${\ displaystyle q_ {i} = R_ {ij} \ cdot q_ {j} = {\ frac {1} {\ sum _ {z = 1} ^ {Z} (R_ {zi} \ cdot M_ {z}) }}}$	${\ displaystyle q_ {i} = {\ frac {\ rho _ {i}} {M_ {i} \ cdot \ sum _ {z = 1} ^ {Z} (\ psi _ {zi} \ cdot \ rho _ {z})}}}$
Quantidade quociente de substância / massa	Molalidade b
	${\ displaystyle q_ {i} = b_ {i} \ cdot q_ {j} \ cdot M_ {j}}$ ( i = soluto, j = solvente)
	quantidade específica de substâncias parciais q
	${\ displaystyle q_ {i}}$

Uma vez que o volume molar V _m de uma substância pura igual ao quociente da massa molar e sua densidade (a uma dada temperatura e pressão) na tabela acima, em algumas equações pode, na forma recíproca de ocorrências, termos serão substituídos:

{\ displaystyle {\ frac {M_ {i}} {\ rho _ {i}}} = V _ {\ mathrm {m}, i} \ \ Leftrightarrow \ {\ frac {\ rho _ {i}} {M_ {i}}} = {\ frac {1} {V _ {\ mathrm {m}, i}}}}

A soma das quantidades parciais específicas da substância de todos os componentes da mistura resulta no valor recíproco da massa molar média da fase de mistura ( quantidade total da substância n = soma das quantidades individuais da substância de todos os componentes da mistura ): ${\ displaystyle {\ overline {M}}}$

{\ displaystyle \ sum _ {z = 1} ^ {Z} q_ {z} = \ sum _ {z = 1} ^ {Z} {\ frac {n_ {z}} {m}} = {\ frac { n} {m}} = {\ frac {1} {\ overline {M}}}}

exemplo

Uma solução aquosa de sal comum ( cloreto de sódio NaCl) de exatamente meio mol de NaCl (usando a massa molar de NaCl, isso corresponde a uma massa de 0,5 mol · 58,44 g / mol = 29,22 gramas) e meio quilograma, ou seja, 500 gramas de água (H ₂ O) produzido; a massa total da solução é, portanto, cerca de 529,2 gramas. A molalidade do NaCl nesta solução é então:

{\ displaystyle b _ {\ mathrm {NaCl}} = {\ frac {n _ {\ mathrm {NaCl}}} {m _ {\ mathrm {H_ {2} O}}}} = {\ frac {\ mathrm {0 {,} 5 \ mol}} {\ mathrm {0 {,} 5 \ kg}}} = \ mathrm {1 {,} 000 \ mol / kg}}

A quantidade de substância parcial específica de NaCl nesta solução é um pouco menor:

{\ displaystyle q _ {\ mathrm {NaCl}} = {\ frac {n _ {\ mathrm {NaCl}}} {m}} = {\ frac {\ mathrm {0 {,} 5 \ mol}} {\ mathrm {0 {,} 5292 \ kg}}} \ approx \ mathrm {0 {,} 945 \ mol / kg}}

Evidência individual

↑ ^a^b Norma DIN 1310 : Composição de fases mistas (misturas de gases, soluções, cristais mistos); Termos, símbolos. Fevereiro de 1984 (definição e unidade fornecidas, designação própria e símbolos de fórmula próprios deixados em aberto).
↑ norma ^a^b^c DIN 32625: quantidades e unidades em química; Quantidade de substância e quantidades derivadas dela; Termos e definições. Dezembro de 1989 (retirado sem substituição pelo Instituto Alemão de Normalização em abril de 2006, uma vez que não foi assumida a necessidade deste padrão devido à falta de cooperação e feedback da indústria, ciência, pesquisa e outros círculos).
↑ ^a^b P. Kurzweil: O léxico da unidade Vieweg: termos, fórmulas e constantes das ciências naturais, tecnologia e medicina . 2ª Edição. Springer Vieweg, 2013, ISBN 978-3-322-83212-2 , p. 372 , doi : 10.1007 / 978-3-322-83211-5 ( visualização limitada da 1ª edição na pesquisa de livros do Google; visualização limitada da 2ª edição na pesquisa de livros do Google - reimpressão em capa mole da 2ª edição em 2000). Parte lexical (PDF; 71,3 MB).
↑ J. Graßmuck, K.-W. Houben, RM Zollinger: Padrões DIN em engenharia de processo: um guia para regras e regulamentos técnicos . 2ª Edição. Springer Vieweg, 2014, ISBN 978-3-322-90353-2 , p. 17 , doi : 10.1007 / 978-3-322-90352-5 ( visualização limitada na pesquisa de livros do Google - reimpressão em capa mole da 2ª edição de 1994).
↑ ^a^b^c G. Jander, KF Jahr, R. Martens-Menzel, G. Schulze, J. Simon: análise de medida: teoria e prática de titulações com indicações químicas e físicas . 18ª edição. De Gruyter, Berlin / Boston 2012, ISBN 978-3-11-024898-2 , pp. 63 , doi : 10.1515 / 9783110248999 ( visualização limitada na pesquisa de livros do Google).

[DIN_1310-1] Norma DIN 1310 : Composição de fases mistas (misturas de gases, soluções, cristais mistos); Termos, símbolos. Fevereiro de 1984 (definição e unidade fornecidas, designação própria e símbolos de fórmula próprios deixados em aberto).

[DIN_32625-2] rma ^a^b^c DIN 32625: quantidades e unidades em química; Quantidade de substância e quantidades derivadas dela; Termos e definições. Dezembro de 1989 (retirado sem substituição pelo Instituto Alemão de Normalização em abril de 2006, uma vez que não foi assumida a necessidade deste padrão devido à falta de cooperação e feedback da indústria, ciência, pesquisa e outros círculos).

[Kurzweil-3] P. Kurzweil: O léxico da unidade Vieweg: termos, fórmulas e constantes das ciências naturais, tecnologia e medicina . 2ª Edição. Springer Vieweg, 2013, ISBN 978-3-322-83212-2 , p. 372 , doi : 10.1007 / 978-3-322-83211-5 ( visualização limitada da 1ª edição na pesquisa de livros do Google; visualização limitada da 2ª edição na pesquisa de livros do Google - reimpressão em capa mole da 2ª edição em 2000). Parte lexical (PDF; 71,3 MB).

[Grassmuck_Houben_Zollinger-4] J. Graßmuck, K.-W. Houben, RM Zollinger: Padrões DIN em engenharia de processo: um guia para regras e regulamentos técnicos . 2ª Edição. Springer Vieweg, 2014, ISBN 978-3-322-90353-2 , p. 17 , doi : 10.1007 / 978-3-322-90352-5 ( visualização limitada na pesquisa de livros do Google - reimpressão em capa mole da 2ª edição de 1994).

[Jander_Jahr-5] G. Jander, KF Jahr, R. Martens-Menzel, G. Schulze, J. Simon: análise de medida: teoria e prática de titulações com indicações químicas e físicas . 18ª edição. De Gruyter, Berlin / Boston 2012, ISBN 978-3-11-024898-2 , pp. 63 , doi : 10.1515 / 9783110248999 ( visualização limitada na pesquisa de livros do Google).

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