Comment calculer le pourcentage massique ?

La concentration en pourcentage massique, également appelée pourcentage masse/masse ou %m/m , est une unité physique de concentration qui indique combien de parties en masse de soluté sont présentes pour 100 parties ou unités de masse de solution ou de mélange. Selon les unités, cela peut être interprété de différentes manières. Par exemple:

• Les grammes de soluté qu’il y a pour 100 grammes de solution.
• Les kilogrammes de soluté qu’il y a pour 100 kilogrammes de solution.
• Les milligrammes de soluté contenus dans 100 milligrammes de solution, etc.

Le pourcentage de masse est considéré comme une unité physique de concentration, car il indique le rapport du soluté à la solution en fonction de la masse, qui est une unité physique, par opposition aux moles ou au nombre d’équivalents, qui sont des unités chimiques. . Pour cette raison, deux solutions avec la même concentration en %m/m n’auront pas nécessairement la même quantité de substance (c’est-à-dire des moles de soluté) dans la même quantité de solution, donc le %m/m ne peut pas être utilisé comme substitut dans calculs stoechiométriques directs, qui peuvent être effectués avec des unités chimiques de concentration.

Situations dans lesquelles la concentration en pourcentage de masse est souvent utilisée

Le pourcentage de masse est l’une des unités de concentration les plus couramment utilisées pour une raison très importante : puisqu’il ne dépend pas du volume, et donc de la densité , le pourcentage de masse est indépendant de la température et de la pression. . En fait, le pourcentage massique d’une solution est le même où que nous soyons.

En fait, quiconque regarde les données sur la pureté ou la concentration de tout réactif chimique commercial se rendra compte que ces valeurs sont invariablement indiquées sur l’étiquette en pourcentage en masse. Des données telles que la densité sont également rapportées, qui peuvent être utilisées pour déterminer la concentration dans d’autres unités, mais ces valeurs sont rapportées dans des conditions spécifiques de température et de pression.

Si les conditions au moment de l’utilisation du réactif pour préparer une autre solution ou pour l’utiliser dans toute autre application ne sont pas les mêmes que celles rapportées, alors tout volume ou unité de concentration dépendant du volume calculé à partir de ces données aura inévitablement un certain degré de erreur.

Formules de calcul de la concentration massique en pourcentage ou du pourcentage m/m

La formule principale de calcul du pourcentage de masse est égale à tout autre pourcentage. Il correspond au rapport entre la masse de soluté dans la solution multipliée par 100.

où m _soluté et m _solution correspondent respectivement aux masses du soluté et de la solution.

REMARQUE : En utilisant l’équation ci-dessus, vous pouvez exprimer la masse du soluté et de la solution dans n’importe quelle unité souhaitée (grammes, livres, onces, tonnes métriques, etc.), tant qu’elles sont identiques.

Calcul de %m/m en utilisant la masse du solvant

Dans le cas de solutions simples formées par un seul soluté et le solvant, la masse de la solution peut être remplacée par la somme des masses des deux composants, comme le montre l’équation suivante :

Cela peut être fait parce que les masses sont toujours additives, c’est-à-dire que lors du mélange de deux substances ou plus, la masse du mélange sera toujours égale à la somme des masses de tous ses composants. C’est un autre avantage de l’utilisation du pourcentage massique, le fait qu’il peut être calculé à partir des quantités connues des composants de la solution.

Cela ne peut pas toujours être fait pour le pourcentage de volume (%V/V), le pourcentage de masse/volume (%m/V) ou toute autre concentration exprimée en termes de volume de solution. En effet, les volumes ne sont pas toujours additifs (comme lorsque le sel est dissous dans l’eau, par exemple).

Même dans les cas où ils peuvent être ajoutés (comme les solutions liquide-liquide), la valeur de la somme des volumes n’est presque jamais exactement égale au volume final réel de la solution. Cette dernière est due au fait que les différences dans les interactions soluté-soluté, soluté-solvant et solvant-solvant peuvent conduire soit à une contraction, soit à une expansion du volume lors de la formation de la solution.

Comment calculer le pourcentage de concentration massique à partir d’autres unités de concentration

Comme toute autre quantité qui exprime une propriété d’un système, les concentrations peuvent être exprimées en différentes unités, et être capable de convertir une unité en une autre est une compétence de base de tout étudiant en chimie compétent.

Voici comment calculer le pourcentage de masse à partir d’autres unités de concentration couramment utilisées.

Calcul du pourcentage de concentration en masse (% m/m) à partir du pourcentage de concentration en masse/volume (% m/V)

Si l’on compare le pourcentage massique avec le pourcentage masse/volume, on remarquera que la seule différence est que, dans le second cas, la quantité de solution est exprimée sous forme de volume et non de masse. Pour cette raison, le calcul du pourcentage masse/masse à partir du pourcentage masse/volume implique uniquement l’utilisation de la densité de la solution pour convertir le volume de la solution en masse.

Après avoir effectué les opérations arithmétiques pertinentes et réarrangé l’équation, le résultat est :

où d _solution correspond à la densité de la solution. Lorsque vous utilisez l’équation ci-dessus, gardez à l’esprit que vous ne pouvez pas utiliser n’importe quelle densité dans l’unité de votre choix. Dans ce cas, la masse volumique doit être exprimée en unités de g/mL (og/cm ³ ), kg/L (ou kg/dm ³ ), en tonne/m ³ , ou dans toute autre unité pour laquelle la masse volumique de l’eau a une valeur numérique proche de 1. Cela est dû aux restrictions sur la sélection des unités de masse et de volume lors du calcul des pourcentages masse/volume.

Calcul de la concentration en pourcentage massique (% m/m) à partir de la concentration en pourcentage volumique (% V/V)

En suivant une procédure similaire à celle ci-dessus, le pourcentage en volume peut également être converti en pourcentage en masse en utilisant les densités de la solution et du soluté pur, comme indiqué dans l’équation suivante :

La seule restriction dans le cas présent est que les deux densités doivent être exprimées dans les mêmes unités, mais peu importe quelle unité particulière est utilisée.

Calcul de la concentration en pourcentage massique (% m/m) à partir de la concentration molaire

La relation entre la molarité et le pourcentage de masse est très souvent utilisée et est donnée par l’équation suivante :

où M est la molarité de la solution, MM _soluté est la masse molaire du soluté et d _solution est la densité de la solution exprimée en g/mL. Le facteur 10 qui apparaît au dénominateur consiste à simplifier le 100 de la formule du pourcentage avec le facteur de conversion entre millilitres et litres, soit 1 000 ml/L.

Exemples de calcul de concentration massique en pourcentage

Exemple 1

Déterminer la concentration massique en pourcentage d’une solution préparée en mélangeant 100 g d’alcool absolu avec 400 g d’eau pure.

SOLUTION:

Pour calculer le pourcentage masse/masse, vous n’avez besoin que de la masse du soluté et de la masse de la solution. Cependant, dans ce cas, nous n’avons que les masses du soluté et du solvant. Cependant, comme les masses sont toujours additives, nous pouvons directement utiliser l’équation 2 pour calculer le pourcentage de masse de cette solution :

Par conséquent, la solution aura une concentration en pourcentage massique de 20% ou, ce qui revient au même, la solution contient 20% d’alcool en masse.

Exemple 2

Déterminer la concentration en pourcentage en masse d’une solution préparée en mélangeant 100 g d’une solution de chlorure de sodium à 30 % en masse avec 100 g d’une autre solution à 10 % en masse du même soluté.

SOLUTION:

Dans ce cas, deux solutions sont mélangées, à la fois avec une masse totale de 100 g et avec le même soluté, mais avec des concentrations différentes de celui-ci. Puisque les masses sont toujours additives, la masse de la solution résultante sera simplement la somme des masses des deux solutions qui ont été mélangées :

De même, la masse de soluté dans la solution finale correspond à la somme des masses de soluté dans les deux solutions mélangées. La masse des deux solutions étant de 100g, alors la quantité de soluté présente dans chacune d’elles est du même pourcentage, soit 30g pour la première solution et 10g pour la seconde. Sur cette base, on constate que la quantité finale de soluté est :

Enfin, en appliquant la formule de pourcentage masse/masse, on obtient le résultat recherché :

C’est-à-dire que la concentration du mélange final sera de 20% en masse de chlorure de sodium.

Exemple 3

Si une solution d’ acide sulfurique concentré (H ₂ SO ₄ , MM=98,079 g/mol) a une molarité de 18 mol/L et une densité de 1,83 g/mL, déterminer sa concentration en % m/m.

SOLUTION:

C’est un cas où nous avons la concentration molaire d’une solution ainsi que sa densité. Par conséquent, le % m/m peut être déterminé en appliquant l’équation 5 :

Les références

Brown, T. (2021). Chimie: The Central Science (11e éd.). Londres, Angleterre : Pearson Education.

Chez Byju. (2021, 22 mars). Formule de pourcentage en masse. Extrait de https://byjus.com/mass-percent-formula/

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS et Herranz, ZR (2020). Chimie (10e éd.). New York, NY : MCGRAW-HILL.

Junte d’Andalousie. (sd). Concentration d’une solution. Extrait de http://www.juntadeandalucia.es/averroes/centros-tic/14700420/helvia/aula/archivos/repositorio/0/123/html/concentracin_de_una_disolucin.html

Lopez C., JM (nd). Pourcentages (Masse-Masse, Masse-Volume). Récupéré de https://tomi.digital/en/52373/porcentajes-masamasa-masavolumen

Toppr. (sd). Formule de pourcentage en masse. Extrait de https://www.toppr.com/guides/chemistry-formulas/mass-percent-formula/