密度、相对密度和浓度的概念及其单位

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《计量专业工程师手册》第256页（3215字）

1．密度

分布在空间、面或线上的物质，各微小部分所包含的质量对其体积、面积或长度之比，统称为密度。当需要区别时，可分别称为体密度、面密度或线密度。体密度也称体积质量，常简称为密度。均匀物质的密度ρ(或非均匀物质的平均密度)，为其质量m与体积V之比，即

ρ=m／V (5．4－1)

SI中密度的单位是kg／m³，习惯上常用其倍数单位g／cm³，而1g／cm³=1000kg／m³。由于体积单位也采用mL，故也可用g／mL或kg／L作为密度单位。

为正确表示密度量值，必须指明物质所处的状态或条件。一般来说，均匀物质的密度在一定状态(如温度、压力等)下都有确定的值；但对非均匀物质，例如多相体、空气柱、烧结物、粉粒体等，其密度在物体各处是不同的。这里所说的物质，指可以局限于某一范围内的气、液、固三态物质，它们可以由单一的物质构成，也可以由多种物质构成，或者按给定的成份由不同的物质所组成。

面密度ρ_A是物质的质量m与其面积A之比，也称为面质量，可表示为：

ρ_A=m／A (5．4－2)

ρ_A的SI单位为kg／m²，常用于建材、冶金等工业领域。线密度ρ_e是物质的质量m与其长度l之比，也称为线质量，可表示为：

ρ₁=m／l (5．4－3)

ρ₁的SI单位为kg／m，在纤维纺织业中则用特克斯(tex)作为计量单位，而1tex=1g／km=10^－6kg／m。

临界密度是物质在气、液两态平衡共存的临界状态下具有的密度，此时液体和其饱和气的密度相同，因而气液分界面消失。这种状态只能在一定的温度和压力下实现，例如：水蒸汽在374℃和21．37MPa时临界密度为329kg／m³，氧在－118．82℃和4．88MPa时临界密度为430kg／m³。

堆积密度是在特定条件下，疏松状(如小块、颗粒、纤维等)材料的密度。特定条件包括用一定的方法，将材料填充到一定体积的容器内：当用自然堆积时称为松密度；当用振动或敲击堆积时称为振实密度；当施加一定压力堆积时称为压实密度。可见堆积密度是随材料填充条件不同而不同的。对于粒状物，当把颗粒间隙计算在内时习惯上也称为“容重”，这个指标在粮食分级中仍然沿用。

表观密度是多孔固体(颗粒或粉末状)材料的质量与其表观体积(包括孔隙的体积)之比。这里的孔隙包括材料间的缝隙，材料本身的开口孔、裂口或裂纹以及闭孔或空洞等。表观密度总是小于实际密度，常用于冶金、建材、矿业和化工领域，例如：焦炭的表观密度为(1100～1450)kg／m³，而实际密度为(1800～2000)kg／m³。实际密度是多孔固体材料的质量与其体积(不包括孔隙的体积)之比。

2．相对密度

相对密度(也称相对体积质量)是在规定条件下，物质的密度ρ与参考物质的密度ρ_r之比，即

d=ρ／ρ_r (5．4－4)

式中 d——物质的相对密度，它是无量纲量。

参考物质是指易获得、纯度高、性能稳定而且密度已知的物质。对于液体和固体，通常采用纯水作为参考物质；对于气体，通常采用与该气体温度和压力相同的干燥空气作为参考物质。也可根据实际情况，采用酒精、煤油、苯、四氯化碳等作为参考物质。测量时，若使参考物质的体积等于被测物质的体积，则式(5．4－4)就为成：

d=m／m_r (5．4－5)

式中 m——被测物质的质量；

m_r——参考物质的质量。

这就是过去称它为“比重”的原因，现这一术语已不再使用。

还应当指出，长期以来比重还被理解为物体的重力与其体积之比，有些书刊称它为“重度”。由于这比重是随当地重力加速度而变化的量，用它来表征物质的特性有局限性，也容易与相对密度意义上的比重概念相混淆，也已不再使用。

3．浓度

浓度是混合物中含有某种物质的多少，它表示混合物的混合程度。若这种物质在混合物中含量大，则说明混合物的浓度高。这里的混合物，系指由两种或两种以上不同物质所组成的均匀物系。混合物主要是液体混合物(溶液)和气体混合物(混合气体)，其次是固体混合物(固溶体或混晶)。

以液体混合物为例，溶液的浓度简单地说就是：一定质量或一定体积的溶液中所含溶质的量。所以浓度有两种表示方法。一种是质量分数ω_B它等于溶液中所含溶质的质量m_B与溶液总质量m(溶质和溶剂质量之和)之比：

ω_B=m_B／m (5．4－6)

质量分数可用百分数、千分数或百万分数表示。这里的质量百分数，就是常用的质量百分浓度P，其单位是%mass或%(m／m)。蔗糖水溶液和胶水溶液即是以这一浓表示的。例如：某蔗糖水溶液浓度为20%，表明每100g糖水中含纯糖20g，习惯上称它为20度，表示为ω_R=P_=0．20=20%mass=20%(m／m)。应注意质量分数或质量百分浓度与温度无关。

另一种是体积分数φ_B，它等于20℃时溶液中所含溶质的体积V_B与溶液体积V(溶质和溶剂体积之和)之比：

φ_B=V_B／V (5．4－7)

体积分数可用百分数、千分数或百万分数表示。这里的体积百分数，就是常用的体积百分浓度q，其单位是%vol或%(V／V)。酒精水溶液即是以这一浓度表示的，习惯上也称为度。例如：60度白酒，表明每100cm³的酒水中含有60cm³的酒精，表示为φ_B=q=0．60=60%vol=60%(V／V)。应注意体积分数或体积百分浓度与温度有关，事实上，60度白酒并不是由40cm³的水和60cm³的酒精混合而成，因为酒水混合时会产生热量并发生体积收缩。所以不能简单地按式(5．4－7)计算，而应通过式(5．4－6)表示的质量百分浓度和密度来换算。国际法制计量组织制定了现成的国际酒精表，可供查找与换算。

【参考文献】：

［1］鲁绍曾主编，现代计量学概论第11章力学计量，中国计量出版社，1987。

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［5］施昌彦，王大充，液压式标准测力机的有效面积和压力波动，计量学报，1986；4∶296～304。

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