Tabla de Contenidos
Die Volumenprozentkonzentration , auch Volumen/Volumenprozent oder %V/V genannt, ist eine physikalische Konzentrationseinheit, die angibt, wie viele Volumenteile eines gelösten Stoffes in 100 Teilen oder Einheitsvolumen einer Lösung vorhanden sind. Je nach Einheit kann dies unterschiedlich interpretiert werden. Zum Beispiel und unter anderem:
- Die Milliliter gelöster Stoffe, die pro 100 Milliliter Lösung vorhanden sind.
- Die Liter gelöster Stoffe, die pro 100 Liter Lösung vorhanden sind.
- Die Kubikzentimeter oder cc des gelösten Stoffes, die in 100 cc Lösung enthalten sind.
Die Konzentration in Volumenprozent wird als physikalische Einheit der Konzentration angesehen, da sie das Volumenverhältnis von gelöstem Stoff zu Lösung angibt, das eine physikalische Einheit ist, im Gegensatz zu Mol oder der Anzahl von Äquivalenten, die chemische Einheiten sind. Aus diesem Grund haben zwei Lösungen mit der gleichen Konzentration in %V/V nicht notwendigerweise die gleiche Menge an Substanz (dh Mol gelöster Stoff) pro Lösungseinheit, sodass %V/V nicht als Ersatz in stöchiometrischen Berechnungen verwendet werden kann direkt, etwas, das mit den chemischen Konzentrationseinheiten gemacht werden kann.
Wann ist die Konzentration in Volumenprozent anzuwenden?
Die Konzentration in Volumenprozent ist eine Konzentrationseinheit, deren Verwendung auf Lösungen beschränkt ist, die nur Flüssigkeiten enthalten, wie z. B. Ethanol in Wasser oder Oktan in Cyclohexan, um nur zwei zu nennen.
Sie werden normalerweise nicht für Lösungen fester gelöster Stoffe in Flüssigkeiten verwendet, da es nicht eindeutig ist, über das „Volumen“ einer festen Substanz zu sprechen, die aus Millionen kleiner Kristalle unterschiedlicher Größe besteht. Die Tatsache, dass diese Größe die Kompaktheit des Feststoffs stark beeinflussen kann, macht die Messung seines Volumens unpraktisch.
Andererseits ist der V/V-Prozentsatz bei der Verwendung mit flüssigen gelösten Stoffen und Lösungsmitteln aufgrund der Tatsache, dass alle für ihre Berechnung erforderlichen Größen in Volumen ausgedrückt werden, was im Labor sehr einfach zu messen ist, einer der V/V-Prozentsätze die am einfachsten zu handhabende Konzentrationseinheit auf praktischer Ebene und wird wann immer möglich verwendet. Beispielsweise drücken die meisten handelsüblichen flüssigen Lösungen wie Wasserstoffperoxid, antiseptischer Alkohol und alkoholische Getränke ihre Konzentration als V/V-Prozent aus.
Formeln zur Berechnung der Konzentration in Volumenprozent oder V/V-Prozent
Die Hauptformel zur Bestimmung des V/V-Prozentsatzes einer Lösung lautet wie folgt:
Bei der Verwendung dieser Gleichung gibt es keine Einschränkungen hinsichtlich der Einheiten, in denen die Volumina ausgedrückt werden müssen, abgesehen von der Bedingung, dass beide in derselben Einheit ausgedrückt werden. Das heißt, wenn der gelöste Stoff in ml ausgedrückt wird, muss das Volumen der Lösung auch in denselben Volumeneinheiten ausgedrückt werden.
Berechnung der Volumenprozentkonzentration aus der Masse des gelösten Stoffes
Manchmal ist die Masse des gelösten Stoffes bekannt und nicht sein Volumen, obwohl es sich um einen flüssigen gelösten Stoff handelt. Wenn dies der Fall ist, können wir den Volumen/Volumen-Prozentsatz immer noch sehr einfach berechnen, indem wir durch die Dichte des gelösten Stoffs dividieren, da V = m/d. Nach Kombinieren dieses Ausdrucks mit dem vorherigen erhält man die folgende Formel:
So berechnen Sie die Konzentration in Volumenprozent aus anderen Konzentrationseinheiten
Es ist üblich, die Konzentration einer Lösung in einer Einheit zu kennen, sie aber in einer anderen zu benötigen. Aus diesem Grund werden in diesem Abschnitt einige gängige Fälle der Umrechnung von Konzentrationseinheiten zum Erhalt des V/V-Prozentsatzes vorgestellt.
Konzentration in Volumenprozent (%V/V) aus Konzentration in Masse/Volumenprozent (%m/V)
Die Formel zur Umrechnung von %m/V in %V/V lautet wie folgt:
Es ist erwähnenswert, dass bei der Verwendung dieser Formel bestimmte Einschränkungen in Bezug auf Einheiten festgelegt werden. Prozent m/V wird fast immer in Gramm gelöster Stoffe pro 100 ml Lösung ausgedrückt, daher sollte die Dichte in Einheiten von g/ml verwendet werden, um die Einheitlichkeit der Einheiten sicherzustellen.
Volumenprozentkonzentration (%V/V) aus Massenprozentkonzentration (%m/m)
Die Formel zur Umrechnung von %m/m in %V/V lautet wie folgt:
In diesem Fall besteht die einzige Einschränkung hinsichtlich der Einheiten darin, dass beide Dichten in denselben Einheiten vorliegen.
Volumenprozentkonzentration (%V/V) von der molaren Konzentration
Obwohl es sich nicht um eine der gebräuchlichsten Konzentrationsumrechnungen handelt, kann die Molarität einer Lösung mithilfe der folgenden Gleichung in einen Volumenprozentsatz umgewandelt werden:
Die Einheit der Dichte des gelösten Stoffes muss g/ml sein.
Beispiele für die Berechnung der Konzentration in Volumenprozent
Beispiel 1
Bestimmen Sie die prozentuale Volumenkonzentration einer Lösung, die durch Mischen von 100 ml absolutem Alkohol mit 400 ml reinem Wasser hergestellt wird. Betrachten Sie die additiven Volumina.
LÖSUNG:
Um das Volumen/den Volumenprozentsatz zu berechnen, benötigen Sie nur das Volumen des gelösten Stoffes und das Volumen der Lösung. In diesem Fall haben wir jedoch nur die des gelösten Stoffes und die des Lösungsmittels. Da die Aussage besagt, dass die Volumina als additiv betrachtet werden, können wir das Gesamtvolumen der Lösung erhalten, indem wir die Volumina des gelösten Stoffes und des Lösungsmittels addieren, d.h.:
Jetzt, da wir alles haben, was wir brauchen, wenden wir Gleichung 1 an:
Daher hat die Lösung eine Volumenprozentkonzentration von 20 %.
Beispiel 2
Bestimmen Sie die Konzentration in Volumenprozent einer Lösung, die durch Mischen von 100 ml 30 %igem Wasserstoffperoxid mit 100 ml 10 %igem Wasserstoffperoxid hergestellt wird. Betrachten Sie die additiven Volumina.
LÖSUNG:
In diesem Fall müssen wir die Volumina erneut addieren, um das Gesamtvolumen der Lösung zu erhalten, aber uns fehlt das Volumen des gelösten Stoffes. Da zwei Lösungen gemischt werden, ist der gelöste Stoff in der Mischung die Summe dessen, was in jeder der anfänglichen Lösungen vorhanden ist. Da die Volumina dieser beiden Lösungen jeweils 100 ml betragen, entspricht das Volumen des gelösten Stoffes in jeder Lösung numerisch seinem V / V-Prozentsatz:
Schließlich wenden wir die Volumen/Volumenprozent-Formel an und das war’s:
Das heißt, die Konzentration der endgültigen Mischung beträgt 20 Vol.-% Wasserstoffperoxid.