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「有多少」的多种说法:百分比、ppm 及其同伴

摩尔浓度并不是表达浓度的唯一方式。本篇带你巡游分析人员必须读得流利的其他「方言」——各种百分比、百万分率和十亿分率、摩尔分数,以及不怕温度变化的质量摩尔浓度——并说明各自何时才是对的选择。

百分比:每一百份里有多少

最亲切的浓度是百分比——字面意思就是*每一百份里有多少*。如果一袋生理盐水按重量是 0.9% 的盐,那么每 100 克溶液里有 0.9 克是盐。这就是质量百分比:每 100 克溶液里溶质的克数。它不需要摩尔质量,也经得起温度变化,所以在食品和药品标签上随处可见。

要当心指的是哪种百分比。重量比重量(w/w)是克比克;体积比体积(v/v)是毫升比毫升,常用于混合液体;重量比体积(w/v)是每 100 毫升溶液里溶质的克数。一瓶写着「5%」的东西,在你弄清是哪种之前都是含糊的。(一个相关却不同的概念,化合物的百分组成,告诉你化合物自身质量里每种元素占多大比例——那是分子的性质,与你怎么配溶液无关。)

当百分比太小:ppm 与 ppb

对于痕量——河水里的污染物、药品里的杂质——百分比会给出像 0.00005% 这样别扭的小数。于是我们改去缩小分母的尺度。百万分率(ppm)是每百万份里有几份:每千克溶液里一毫克溶质,对稀水溶液来说方便地约等于每升一毫克。十亿分率(ppb)则再细一千倍,用于真正微弱的量。

摩尔分数:按比例数个数

有时你在意的既不是体积也不是质量,而是*粒子的占比*。摩尔分数是某一组分的摩尔数除以体系中所有东西的总摩尔数。如果一份混合物是一摩尔酒精和三摩尔水,酒精的摩尔分数就是 1 ÷ 4 = 0.25。一份混合物里所有的摩尔分数永远恰好加起来等于一——这个整洁的性质使它成为气体混合物和「溶液行为的物理」中的宠儿。

注意摩尔分数根本不需要体积,也不需要读天平——只要个数。这正是它低调的力量:它是一个纯粹的比例,不受温度影响,也不在乎你选了哪种溶剂,所以凡是混合物的*行为*(怎么沸腾、怎么结冰、蒸气压怎么变)取决于粒子占比而非克或毫升的地方,它就会现身。

质量摩尔浓度:不怕温度的表亲

这里有个微妙却真实的陷阱。摩尔浓度是每升多少摩尔——而一升液体*受热会膨胀*。所以一份在 20 ℃ 配的 1.000 M 溶液,到 80 ℃ 就不再恰好是 1.000 M 了,因为同样的摩尔数现在占了更大的体积。对于温度会变化的精细工作,我们改用质量摩尔浓度:每千克溶剂里溶质的摩尔数。质量不会随热膨胀,所以质量摩尔浓度无论温度怎么变都纹丝不动。

选对那种「方言」

没有唯一「最好」的浓度单位——只有最适合当下任务的那个。它们都回答*有多少*,只是分母不同。一份速查:日常反应用摩尔浓度,商品用质量百分比,痕量用 ppm 和 ppb,粒子占比用摩尔分数,温度不肯安分时用质量摩尔浓度。