質量濃度

在化學中，質量濃度^[1][2]（mass concentration，${\displaystyle \rho _{i}}$ 或 ${\displaystyle \gamma _{i}}$）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）^[3]：

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

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 ${\displaystyle \rho _{i}}$，為避免與組分 i 自身密度 ${\displaystyle \rho }$ 混淆，有時用 ${\displaystyle \gamma _{i}}$ 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/立方公尺），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：

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

此處的${\displaystyle \rho _{i,T_{0}}}$ 是參考溫度下的質量濃度，而${\displaystyle \alpha }$ 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${\displaystyle \rho }$

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

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

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

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：

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

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

和其他濃度的關係

和莫耳濃度的關係

莫耳濃度${\displaystyle c_{i}}$ 和質量的濃度的轉化關係如下：

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

此處${\displaystyle M_{i}}$是組分${\displaystyle i}$的莫耳質量。

和質量百分濃度的關係

質量百分濃度${\displaystyle w_{i}}$和質量濃度的轉化關係如下：

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

與莫耳分率的關係

莫耳分率${\displaystyle x_{i}}$和質量濃度的換算式為

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

${\displaystyle M}$ 指的是混合物的平均莫耳質量。

和重量莫耳濃度的關係

對於兩組分的混合物, 重量莫耳濃度 ${\displaystyle b_{i}}$等於

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