Stoffmengen und Konzentrationswerte
Wie
soll man die Menge eines Stoffes am besten angeben? Die Quantifizierung
von Stoffmengen bzw. deren Wirkung kann auf verschiedene Weise erfolgen
und sollte unmissverständlich sein.
Beispielsweise kann man die Menge eines Stoffes in einer Masseneinheit angeben - z.B. Kilogramm kg (103 g), Gramm g, Milligramm mg (10-3 g), Mikrogramm µg (10-6 g), Nanogramm ng (10-9 g), Pikogramm pg (10-12 g), Femtogramm fg (10-15 g). Diese Angabe ist hilfreich, wenn man eine Lösung herstellen will, in die man die Substanz einwägen muss - z.B. 90 g Kochsalz in einen Liter Wasser, um zu einer (als Grundlage für Infusionen verwendeten, plasmaisotonen) "physiologischen" Kochsalzlösung ("0,9%") zu gelangen.
Atome, Ionen und Moleküle haben unterschiedliche Masse. Will man Molekülzahlen in einer Lösung vergleichen, gibt man die entsprechenden Stoffmengen in mol an: Traditionellerweise definiert als die Masse (in Gramm) entsprechend dem Atom- bzw. Molekulargewicht (je Kernteilchen "1", z.B. Natrium 12 - 6 Protonen, 6 Neutronen). So hat 1 mol 12C eine Masse von 12 Gramm. Die Avogadro-Konstante gibt an, wieviel Teilchen in einem mol vorhanden sind: Etwa 6,022 mal 1023.
Was in Physiologie und Medizin meist zählt, ist die Konzentration gelöster Stoffe: Diese kann angegeben werden als
Massenkonzentration (mass concentration) - Masse pro Volumen Lösung, etwa Gramm pro Liter (g/l)
Stoffmengenkonzentration (molare Konzentration, Molarität, molar concentration, molarity, substance concentration, amount concentration) - Stoffmenge pro Volumen Lösung (Vorteil: Bezug auf vorliegende Flüssigkeit), etwa mol pro Liter (mol / l, oft nur mit "M" bezeichnet, bzw “mM“, "µM" etc).
Molale Konzentration (molality) - Stoffmenge pro Masse Lösungsmittel, etwa mol / kg - zur temperaturunabhängigen Quantifizierung der Zusammensetzung von Lösungen (Volumina sind temperaturabhängig, Massen nicht)
Ähnlich wird die osmotisch wirksame Stoffmenge in molaren Einheiten angegeben (vgl. dort):
Osmolarität, osmotische Konzentration (osmotic concentration): Osmol pro Volumen Lösung, z.B. osmol/l
Osmolalität (osmolality): Osmol pro Masse Lösungsmittel, z.B. osmol/kg.
Bei der Angabe in Osmol ist entscheidend, in wie viele Teilchen die Substanz in Lösung allenfalls dissoziiert, z.B. ist 1 mol Glukose in 1 l Wasser gelöst 1-osmolar (Glukose zerfällt nicht in wässriger Lösung), 1 mol Kochsalz in 1 l Wasser hingegen 2-osmolar (vorausgesetzt, NaCl zerfällt vollständig in Na+ und Cl- - der Dissoziationsgrad hängt von der Aktivität ab, deren Wert (Aktivitätskoeffizient) sich bei großer Verdünnung dem Wert 1 (100%) annähert)
Für die biologische Wirkung von Ionen in Lösung ist der Anteil an reaktionsfähigen, freien Ionen ausschlaggebend. Dieser Anteil heißt Aktivität; er errechnet sich als Konzentration mal Aktivitätskoeffizient (angegeben in Fraktion der Gesamtmenge, z.B. 0,95 bei 95% Anteil der reagiblen Substanz).
Schließlich kann die Wertigkeit eines Ions bei seiner Konzentrationsangabe als "Val" (von Valenz) bzw. "Äquivalent" (Equ) Berücksichtigung finden: So kann ein Calziumion (Ca++) zwei negative Valenzen binden. Daher gilt z.B.: 1 mM Ca++ = 2 mVal. Diese Art der Angabe gilt als veraltet und wird kaum noch verwendet.
Beispielsweise kann man die Menge eines Stoffes in einer Masseneinheit angeben - z.B. Kilogramm kg (103 g), Gramm g, Milligramm mg (10-3 g), Mikrogramm µg (10-6 g), Nanogramm ng (10-9 g), Pikogramm pg (10-12 g), Femtogramm fg (10-15 g). Diese Angabe ist hilfreich, wenn man eine Lösung herstellen will, in die man die Substanz einwägen muss - z.B. 90 g Kochsalz in einen Liter Wasser, um zu einer (als Grundlage für Infusionen verwendeten, plasmaisotonen) "physiologischen" Kochsalzlösung ("0,9%") zu gelangen.
Atome, Ionen und Moleküle haben unterschiedliche Masse. Will man Molekülzahlen in einer Lösung vergleichen, gibt man die entsprechenden Stoffmengen in mol an: Traditionellerweise definiert als die Masse (in Gramm) entsprechend dem Atom- bzw. Molekulargewicht (je Kernteilchen "1", z.B. Natrium 12 - 6 Protonen, 6 Neutronen). So hat 1 mol 12C eine Masse von 12 Gramm. Die Avogadro-Konstante gibt an, wieviel Teilchen in einem mol vorhanden sind: Etwa 6,022 mal 1023.
Was in Physiologie und Medizin meist zählt, ist die Konzentration gelöster Stoffe: Diese kann angegeben werden als
Massenkonzentration (mass concentration) - Masse pro Volumen Lösung, etwa Gramm pro Liter (g/l) Stoffmengenkonzentration (molare Konzentration, Molarität, molar concentration, molarity, substance concentration, amount concentration) - Stoffmenge pro Volumen Lösung (Vorteil: Bezug auf vorliegende Flüssigkeit), etwa mol pro Liter (mol / l, oft nur mit "M" bezeichnet, bzw “mM“, "µM" etc).1 mmol/l = 1 mM, 1 µmol/l = 1 µM etc.
Molale Konzentration (molality) - Stoffmenge pro Masse Lösungsmittel, etwa mol / kg - zur temperaturunabhängigen Quantifizierung der Zusammensetzung von Lösungen (Volumina sind temperaturabhängig, Massen nicht)Ähnlich wird die osmotisch wirksame Stoffmenge in molaren Einheiten angegeben (vgl. dort):
Osmolarität, osmotische Konzentration (osmotic concentration): Osmol pro Volumen Lösung, z.B. osmol/l Osmolalität (osmolality): Osmol pro Masse Lösungsmittel, z.B. osmol/kg.Bei der Angabe in Osmol ist entscheidend, in wie viele Teilchen die Substanz in Lösung allenfalls dissoziiert, z.B. ist 1 mol Glukose in 1 l Wasser gelöst 1-osmolar (Glukose zerfällt nicht in wässriger Lösung), 1 mol Kochsalz in 1 l Wasser hingegen 2-osmolar (vorausgesetzt, NaCl zerfällt vollständig in Na+ und Cl- - der Dissoziationsgrad hängt von der Aktivität ab, deren Wert (Aktivitätskoeffizient) sich bei großer Verdünnung dem Wert 1 (100%) annähert)
Für die biologische Wirkung von Ionen in Lösung ist der Anteil an reaktionsfähigen, freien Ionen ausschlaggebend. Dieser Anteil heißt Aktivität; er errechnet sich als Konzentration mal Aktivitätskoeffizient (angegeben in Fraktion der Gesamtmenge, z.B. 0,95 bei 95% Anteil der reagiblen Substanz).
Schließlich kann die Wertigkeit eines Ions bei seiner Konzentrationsangabe als "Val" (von Valenz) bzw. "Äquivalent" (Equ) Berücksichtigung finden: So kann ein Calziumion (Ca++) zwei negative Valenzen binden. Daher gilt z.B.: 1 mM Ca++ = 2 mVal. Diese Art der Angabe gilt als veraltet und wird kaum noch verwendet.
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Hinghofer-Szalkay