Единицы измерения концентраций

В качестве единиц измерения концентраций используют следующие.

• 1. Объемные проценты показывают, сколько процентов общего объема смеси занимает данное вещество. Например, содержание кислорода в чистом воздухе составляет 20, 98%.
• 2. Млн^-1 (ррm) и млрд^-1 (ррb) — показывают количество объемов данной примеси в 1 млн (млрд) объемов газовой смеси.
• 3. Мг/м³, мкг/м³ — массовые концентрации, определяют массу примеси в единице объема газовой смеси.
• 4. Мол/см³ и мол/м³ — счетные концентрации, показывают число молекул в 1 см³ или 1 м³. Эти единицы могут также обозначаться следующим образом: см^-3 и м^-3.
• 5. Мольная концентрация измеряется в моль/л. Используется для жидких сред.

Для установления связи между единицами измерения концентрации приведем следующую задачу.

Задача В 80-х годах 20-го века среднегодовая концентрация углекислого газа (СО₂) в атмосфере, приведенная к температуре 273 К и давлению воздуха 101,3 кПа, достигла 340 ррm. Определить значение концентрации СО₂ в процентах, в см^-3, в моль/л, в мг/м³ и парциальное давление углекислого газа в Па при средней температуре воздуха вблизи поверхности Земли.

Решение Концентрация СО₂ в процентах С" ' = С" ?10^-4,.

где С" - концентрация в ррm.

С" ' = 340 • 10^-4 = 0,034% (об).

При нормальных условиях (н.у.) (t = 0 єC; р = 101,3 кПа) в каждом см³ газа содержится.

N₀ = Na/Vм = 6,02• 10²³/22,4 • 10³ = 2,69 • 10¹⁹ (cм^-3).

Число получается при делении числа Авогадро на объем, занимаемый одним молем газа, выраженный в см³.

Поскольку мольный объем газа меняется в зависимости от температуры и давления, при температуре Т и атмосферном давлении число молекул в кубическом сантиметре любого газа составит.

N_Т = N₀

где N_Т и N₀ — число молекул в одном сантиметре кубическом данного газа при заданных и н. у соответственно; T₀, р₀, T, ртемпература и давление при н.у. и заданных условиях.

Средняя температура вблизи поверхности Земли равна 15 єС = 288 К. Тогда.

N₁₅ =.

Количество молекул углекислого газа в одном сантиметре кубическом воздуха при условии, что воздух и углекислый газ ведут себя как идеальные газы, можно определить, зная его объемную долю:

где С^* — концентрация СО₂ в ррm.

Определим парциальное давление СО2 в воздухе. Значения объемных концентраций примесей приводятся обычно в пересчете на сухой воздух, при определении парциального давления в реальных условиях следует учитывать парциальное давление паров воды, которые присутствуют в атмосферном воздухе. Поэтому рекомендуется пользоваться уравнением р = (р_возд.- р_воды) • С'''/100,.

где р — парциальное давление примеси, кПа; р_возд — атмосферное давление, кПа; р_воды — давление паров воды, кПа; С''' - концентрация примеси в %; 100 — коэфициент перевода % (об.) в доли.

Поскольку в условиях задачи отсутствуют данные о парциальном давлении паров воды в воздухе, проведем упрощенный расчет:

р = (р_возд•С''')/100;

р = (101,3•3,4•10^-2)/100 = 35 (Па).

Количество молей СО2 в 1 л воздуха.

= n/V = m/мV = р/RT,.

= 35/8,31•288•10³ =1,46•10^-5 моль/л.

Концентрация углекислого газа в мг/м³

где м = 0,044 кг/м³ — молярная масса углекислого газа.