質量濃度

在化學中，質量濃度（mass concentration，$\rho _{i}$ 或 $\gamma _{i}$）定義為組分 i 的質量 m_i 除以相應混合物的體積 V（包括 i 的體積）：

$\rho _{i}={\frac {m_{i}}{V}}$

質量濃度常應用於流體混合物，一般可解釋作：以「單位流體體積所含物質的質量」來表示「該物質在流體中的濃度」。生活上的運用如空氣中的污染物濃度，就是用質量濃度作為計量單位。

對於純物質（相對於混合物）而言，質量濃度就相當於該純物質的質量除以體積，即純物質的密度；由此推演，質量濃度用於混合物的情況下，可視作混合物中某組分的密度。由於質量濃度的符號是 $\rho _{i}$，為避免與組分 i 自身密度 $\rho$ 混淆，有時用 $\gamma _{i}$ 來表示組分 i 的質量濃度。

單位

質量濃度的 SI 單位是 kg/m³（公斤/立方米），與 mg/mL 和 g/L 相同。其他單位有 g/(100 mL)，與 g/dL（克/分升）相同；以及 g/L（克/升）也常用。

性質

溫度的影響

溫度發生變化時，混合物的體積會發生膨脹，質量濃度隨之下降。在溫度變化較小時，混合物的體積和溫度呈線性關係，故質量濃度可以通過下式進行估算：

$\rho _{i}={\frac {\rho _{i,T_{0}}}{(1+\alpha \cdot \Delta T)}}$

此處的$\rho _{i,T_{0}}$ 是參考溫度下的質量濃度，而$\alpha$ 是混合物的熱膨脹係數。

歸一化關係

混合物中各組分的質量濃度的和等於混合物的密度$\rho$

$\rho =\sum _{i}\rho _{i}\,$

與偏微比容的關係

各組分的質量濃度和偏微比容的乘積之和為

$\sum _{i}\rho _{i}\cdot {\bar {v_{i}}}=1$

和純組分密度的關係

某組分的質量濃度和其自身密度的關係為：

$\rho _{i}=\rho _{i}^{*}{\frac {V_{i}}{V}}\,$

此處 $\rho _{i}^{*}$ 是該組分自身的密度，$V_{i}$ 是該組分混合之前所佔的體積。

和其他濃度的關係

和摩爾濃度的關係

摩爾濃度$c_{i}$ 和質量的濃度的轉化關係如下：

$c_{i}={\frac {n_{i}}{V_{i}}}={\frac {m_{i}}{M_{i}V_{i}}}={\frac {\rho _{i}}{M_{i}}}$

此處$M_{i}$是組分$i$的摩爾質量。

和質量百分濃度的關係

質量百分濃度$w_{i}$和質量濃度的轉化關係如下：

$w_{i}={\frac {m_{i}}{m}}={\frac {\rho _{i}V}{\rho V}}={\frac {\rho _{i}}{\rho }}$

與摩爾分數的關係

摩爾分數$x_{i}$和質量濃度的換算式為

$x_{i}={\frac {n_{i}}{n}}={\frac {\frac {m_{i}}{M_{i}}}{\frac {m}{M}}}={\frac {\frac {\rho _{i}V}{M_{i}}}{\frac {\rho V}{M}}}={\frac {\rho _{i}}{\rho }}\cdot {\frac {M}{M_{i}}}$

$M$ 指的是混合物的平均摩爾質量。

和重量摩爾濃度的關係

對於兩組分的混合物, 重量摩爾濃度 $b_{i}$等於

$b_{i}={\frac {\rho _{i}}{M_{i}(\rho -\rho _{i})}}$

參考文獻

• 傅獻彩等. 物理化学 第五版. 高等教育出版社. 2005年7月: 211頁.