Объемная доля

Фракции объема ( символ : φ ), ранее называемые также объемная фракция , представляет собой так называемое содержание количества в соответствии с DIN 1310 , т.е. физико-химическим количество для количественного описания состава вещества смесей / смешанных фазы . Здесь объем рассматриваемого компонента смеси связан с суммой начальных объемов всех компонентов смеси .

Определение и характеристика

Объем, определение

Объемная доля содержимого используется, как правило, только тогда, когда чистые вещества до процесса смешивания и смешанная фаза имеют одинаковое физическое состояние на практике, поэтому, особенно в газовых смесях и смесях жидкостей (подгруппа растворов ).

В следующей таблице в уравнениях размера различают

  • простой случай бинарной смеси ( Z = 2, двухкомпонентная смесь компонентов i и j , например раствор одного вещества i в растворителе j ) и
  • общеприменимый состав для смеси веществ, состоящей из Z компонентов (индекс z как общий индекс для сумм , включает i и, возможно, j ).
бинарная смесь ( Z = 2) общая смесь ( Z компонентов)
определение
Диапазон значений
Суммарный критерий

Объемная доля φ I определяются как значения фактора от объема V я из рассматриваемой смеси компоненты я , а общий объем V 0 перед тем процесса смешивания. Последний представляет собой сумму начальных объемов всех компонентов смеси ( включая i ) смеси.

В качестве частного двух измерений одного и того же размера, объемная доля, как и объемной концентрация и объемного соотношение, является безразмерным значением и может быть определена, как и в приведенном выше таблице, с помощью чистого десятичного числа без единицы измерения , в качестве альтернативы также с добавлением части тех же единиц ( м 3 / м 3 или л / л), возможно, в сочетании с десятичными префиксами (например, мл / л) или с дополнительными единицами измерения, такими как процент (% = 1/100) , на тысячу (= 1/1000) или части на миллион (1 ppm = 1/1000 .000). В этом случае, однако, следует избегать устаревших, неоднозначных, более не стандартизированных характеристик в процентах по объему (сокращение: об.%); Вместо этого необходимо четко указать предполагаемое содержание. Например, вместо «35,2% по объему» сегодня следует сформулировать следующее: «Объемная доля компонента смеси i составляет 35,2%» или в форме уравнения: « φ i = 35,2%». Тем не менее, информация в процентах от объема все еще довольно распространена, например Б. при указании состава газовых смесей или пределов взрываемости .

Объемная доля φ i рассматриваемого компонента смеси i может принимать числовые значения от 0 = 0% (компонент i не содержится в смеси) до 1 = 100% (компонент i присутствует в виде чистого вещества ).

Суммарные объемные доли всех компонентов смеси составляют 1 = 100%. Из этого следует, что знания или определения объемных соотношений компонентов Z  - 1 достаточно (в случае двухкомпонентной смеси объемная доля одного компонента), поскольку объемная доля оставшегося компонента может быть рассчитана просто образуя разницу до 1 = 100%.

Дифференциация объемной концентрации и объемного соотношения

V i - начальный объем, который чистое вещество i занимает перед процессом смешивания при том же давлении и той же температуре, что и в смеси веществ. Общий объем V 0 до процесса смешивания представляет собой сумму начальных объемов всех компонентов смешивания. Это разница с соответствующей объемной концентрацией σ i , где фактический общий объем V смешанной фазы после процесса смешивания используется в качестве эталона. В случае неидеальных смесей могут возникать различия между этими двумя значениями общего объема и, следовательно, между двумя переменными содержания - объемной долей φ i и объемной концентрацией σ i в результате уменьшения объема (сокращение объема ; φ i < σ i ; избыточный объем V E = V - V 0 отрицательный) или увеличение объема (расширение объема; φ i > σ i ; избыточный объем V E положительный) в процессе перемешивания. На практике часто не проводится четкого различия между двумя переменными содержания, объемной долей и объемной концентрацией, из-за незнания различий или из-за того, что такие изменения объема во время смешивания - и, следовательно, численные отклонения между двумя переменными содержания - часто относительно невелики. (например, максимальное сокращение объема около 4% для смесей этанола и воды при комнатной температуре). Большие отклонения могут возникать в смесях, включающих пористые или гранулированные материалы.

Другой связанной переменной содержания является объемное отношение ψ ij , в котором начальный объем рассматриваемого компонента смеси i связан с начальным объемом другого рассматриваемого компонента смеси j .

Отношение объемной концентрации к объемной доле для рассматриваемого компонента смеси i равно отношению общего объема V 0 до процесса смешивания к фактическому общему объему V фазы смешивания после процесса смешивания и равно сумме объемные концентрации всех компонентов смеси. Это ровно 1 для идеальных смесей и в противном случае отклоняется от 1, см. Последний столбец в обзорной таблице ниже:

Сокращение объема
идеальная смесь
Расширение объема


φ i = объемная доля рассматриваемого компонента смеси i
σ i = объемная концентрация рассматриваемого компонента смеси i
V E = избыточный объем
V = фактический общий объем фазы смешивания после процесса смешивания
V 0 = общий объем до смешивания процесс (сумма начальных объемов всех компонентов смеси)

Температурная зависимость

Значение объемной доли для смеси веществ заданного состава - как и для всех других переменных, связанных с объемом ( концентрации, включая объемную концентрацию , объемное соотношение ) - обычно зависит от температуры, поэтому четкое указание объемной доли также включает спецификацию соответствующей температуры. Причина этого - (при изобарическом изменении температуры ) различие в коэффициенте теплового расширения γ компонентов смеси. Однако для идеальных газов и их смесей коэффициент теплового расширения γ является однородным (обратным абсолютной температуре T :) , так что объемная доля не зависит от температуры. В случае смесей реальных газов температурная зависимость обычно невысока. Размеры заработной платы, такие как Б. массовая доля w , которая не включает объемную концепцию, преимущественно не зависит от температуры.

Отношения с другими уровнями заработной платы

В следующей таблице показаны отношения между объемной долей φ i и другими значениями содержания, определенными в DIN 1310, в форме уравнений размера . Формула символы М и р , снабженный индекс стендом для молярной массы или плотностей (при том же давлении и температурой , что и в смеси веществ) соответствующего чистого вещества , обозначенное индексом . Символ ρ без индекса обозначает плотность смешанной фазы. Как и выше, индекс z служит общим индексом для сумм и включает i . N A - постоянная Авогадро ( N A ≈ 6,022 · 10 23  моль -1 ).

Связь между объемной долей φ i и другими величинами заработной платы
Массы - ... Количество вещества - ... Число частиц - ... Объем - ...
... - поделиться Массовая доля w Количество вещества фракции x Частичное число фракции X Объемная доля φ
… - концентрация Массовая концентрация β Молярная концентрация c Концентрация числа частиц C Объемная концентрация σ
... - соотношение Соотношение масс ζ Молярное отношение r Соотношение числа частиц R Объемный коэффициент ψ
Фактическое
количество вещества / масса
Моляльность b
( i = растворенное вещество, j = растворитель)
удельное количество частичных веществ q

Поскольку молярный объем V m чистого вещества равен отношению его молярной массы к его плотности (при данной температуре и давлении), члены некоторых уравнений в приведенной выше таблице могут быть соответственно заменены:

В случае идеальных смесей значения объемной доли φ i и объемной концентрации σ i совпадают. В случае смесей идеальных газов также имеется равенство с мольной долей x i и долей числа частиц X i :

Использование, пример

Объемная доля используется в различных областях, прежде всего в химии , но также, например, в минералогии и петрологии . Здесь объемная доля используется для описания состава горных пород или минералов ( смешанный кристалл ), особенно потому, что сравнительно легко измерить объем отдельных компонентов при оптической записи тонких срезов .

Пример расчета разницы между объемной долей φ i и объемной концентрацией σ i для неидеальных смесей этанола и воды можно найти в объемной концентрации изделия .

Индивидуальные доказательства

  1. a b c Стандарт DIN 1310 : Состав смешанных фаз (газовые смеси, растворы, смешанные кристаллы); Термины, символы. Февраль 1984 г.
  2. Стандарт DIN EN ISO 80000-9 : Величины и единицы - Часть 9: Физическая химия и молекулярная физика. Август 2013 г. Раздел 3: Термины, символы и определения , запись в таблице 9–15.
  3. а б П. Курцвейл: Лексика единиц Vieweg: термины, формулы и константы из естествознания, техники и медицины . 2-е издание. Springer Vieweg, 2013 г., ISBN 978-3-322-83212-2 , стр. 34, 225, 307 , doi : 10.1007 / 978-3-322-83211-5 ( лексическая часть в виде файла PDF, 71,3 МБ ; ограниченный предварительный просмотр в поиске книг Google - первое издание: 2000, 978-3-322-83211-5 (электронная книга)).
  4. a b К. Швистер, В. Левен: Технологические процессы для инженеров: учебник и учебное пособие . 2-е издание. Fachbuchverlag Leipzig in Carl-Hanser-Verlag, Мюнхен 2014, ISBN 978-3-446-44214-6 , стр. 21, 90 ( ограниченный просмотр в Поиске книг Google - 978-3-446-44001-2 (электронная книга)).