Tabla de Contenidos
A tömegszázalékos koncentráció, más néven tömeg/tömegszázalék vagy %m/m , a koncentráció fizikai egysége, amely azt jelzi, hogy hány tömegrész oldott anyag van jelen az oldat vagy keverék 100 tömegrészében vagy tömegegységében. Mértékegységenként ez többféleképpen értelmezhető. Például:
- Az oldott anyag grammja, amely 100 gramm oldatban van.
- A 100 kilogramm oldatban lévő oldott anyag kilogramm.
- A 100 milligramm oldatban lévő oldott anyag milligrammja stb.
A tömegszázalékot a koncentráció fizikai egységének tekintjük, mivel ez az oldott anyag és az oldat arányát jelzi a tömeg függvényében, amely egy fizikai egység, szemben a mólokkal vagy az egyenértékek számával, amelyek kémiai egységek. Emiatt két azonos koncentrációjú oldat %m/m-ben nem feltétlenül tartalmaz ugyanannyi anyagot (azaz oldott anyag móljait) ugyanannyi oldatban, így a %m/m nem helyettesíthető közvetlen sztöchiometrikus számítások, amelyek a koncentráció kémiai egységeivel végezhetők el.
Olyan helyzetek, amikor a tömegszázalékos koncentrációt gyakran használják
A tömegszázalék az egyik leggyakrabban használt koncentráció mértékegysége egy nagyon fontos okból: mivel nem függ a térfogattól, így a sűrűségtől , a tömegszázalék független a hőmérséklettől és a nyomástól. Valójában egy oldat tömegszázaléka azonos, bárhol is vagyunk.
Valójában bárki, aki megnézi bármely kereskedelmi kémiai reagens tisztaságára vagy koncentrációjára vonatkozó adatokat, rájön, hogy ezek az értékek mindig tömegszázalékban vannak feltüntetve a címkén. Olyan adatokat is jelentenek, mint például a sűrűség, amelyek felhasználhatók a koncentráció más egységekben történő meghatározására, de ezeket az értékeket meghatározott hőmérsékleti és nyomási feltételek mellett jelentik.
Ha a körülmények a reagens felhasználásának időpontjában egy másik oldat készítéséhez vagy más alkalmazáshoz nem egyeznek meg a közöltekkel, akkor az ezekből az adatokból kiszámított térfogat vagy térfogatfüggő koncentrációegységek elkerülhetetlenül bizonyos fokú hatással lesznek. hiba.
Képletek a tömegszázalék-koncentráció vagy a m/m százalék kiszámításához
A tömegszázalék kiszámításának fő képlete megegyezik bármely más százalékos értékkel. Ez az oldatban lévő oldott anyag tömegének 100-zal való szorzatának felel meg.
ahol m oldott anyag és m oldat megfelel az oldott anyag és az oldat tömegének.
MEGJEGYZÉS: A fenti egyenlet segítségével kifejezheti az oldott anyag és az oldat tömegét tetszőleges mértékegységben (gramm, font, uncia, metrikus tonna stb.), amennyiben ezek megegyeznek.
%m/m kiszámítása az oldószer tömegének felhasználásával
Egyetlen oldott anyagból és oldószerből képzett egyszerű oldatok esetén az oldat tömege helyettesíthető mindkét komponens tömegének összegével, a következő egyenlet szerint:
Ez azért tehető meg, mert a tömegek mindig additívak, vagyis két vagy több anyag összekeverésekor a keverék tömege mindig egyenlő lesz az összes komponens tömegének összegével. A tömegszázalék használatának további előnye, hogy az oldat komponenseinek ismert mennyiségeiből számítható.
Ez nem mindig tehető meg térfogatszázalék (%V/V), tömegszázalék/térfogat (%m/V) vagy bármely más, az oldat térfogatában kifejezett koncentráció esetében. Ennek az az oka, hogy a térfogatok nem mindig additívak (mint például a só vízben való feloldásakor).
Még azokban az esetekben is, amikor hozzáadhatók (például folyadék-folyadék oldatok), a térfogatok összegének értéke szinte soha nem egyezik meg pontosan az oldat tényleges végső térfogatával. Ez utóbbi annak a ténynek köszönhető, hogy az oldott anyag-oldott anyag, oldott anyag-oldószer és oldószer-oldószer kölcsönhatások különbségei az oldat keletkezésekor akár összehúzódáshoz, akár térfogat-növekedéshez vezethetnek.
Hogyan számítsuk ki a tömegszázalékos koncentrációt más koncentrációegységekből
Mint minden más mennyiség, amely egy rendszer tulajdonságát fejezi ki, a koncentrációk is kifejezhetők különböző mértékegységekben, és az egyik mértékegység átváltása a másikra alapkészsége minden hozzáértő kémiahallgatónak.
A következőképpen számíthatja ki a tömegszázalékot más, általánosan használt koncentrációegységekből.
A tömegszázalékos koncentráció (%m/m) kiszámítása a tömeg/térfogat százalékos koncentrációból (%m/V)
Ha a tömegszázalékot összehasonlítjuk a tömeg/térfogat százalékos értékkel, akkor azt fogjuk észrevenni, hogy az egyetlen különbség az, hogy a második esetben az oldat mennyiségét térfogat és nem tömeg formájában fejezzük ki. Emiatt a tömeg/tömegszázalék tömeg/térfogat százalékból történő kiszámítása csak az oldat sűrűségének felhasználását jelenti az oldat térfogatának tömegre való átszámítására.
A vonatkozó aritmetikai műveletek elvégzése és az egyenlet átrendezése után az eredmény:
ahol d oldat az oldat sűrűségének felel meg. A fenti egyenlet használatakor ne feledje, hogy nem használhat semmilyen sűrűséget a kívánt mértékegységben. Ebben az esetben a sűrűséget g/mL (og/cm 3 ), kg/l (vagy kg/dm 3 ), tonna/m 3 egységben vagy bármely más olyan mértékegységben kell kifejezni, amelyre a víz sűrűsége számértéke közel 1. Ennek oka a tömeg- és térfogategységek kiválasztására vonatkozó korlátozások a tömeg/térfogat százalékok kiszámításakor.
A tömegszázalékos koncentráció (%m/m) kiszámítása térfogatszázalékos koncentrációból (%V/V)
A fentihez hasonló eljárást végrehajtva a térfogatszázalék tömegszázalékra is átszámítható az oldat és a tiszta oldott anyag sűrűsége alapján, az alábbi egyenlet szerint:
A jelen esetben az egyetlen megkötés az, hogy mindkét sűrűséget ugyanabban a mértékegységben kell kifejezni, de nem lényeges, hogy melyik egységet használjuk.
A tömegszázalékos koncentráció (%m/m) kiszámítása moláris koncentrációból
A molaritás és a tömegszázalék közötti összefüggést nagyon gyakran használják, és a következő egyenlet adja meg:
ahol M az oldat molaritása, MM oldott anyag az oldott anyag moláris tömege , és d oldat az oldat sűrűsége g/mL-ben kifejezve. A nevezőben megjelenő 10-es tényező abból áll, hogy a százalékos képletből leegyszerűsítjük a 100-at a milliliter és liter közötti átváltási tényezővel , ami 1000 ml/L.
Példák a tömegszázalék-koncentráció kiszámítására
1. példa
Határozza meg az oldat tömegszázalékos koncentrációját úgy, hogy 100 g abszolút alkoholt összekeverünk 400 g tiszta vízzel.
MEGOLDÁS:
A tömeg/tömegszázalék kiszámításához csak az oldott anyag tömegére és az oldat tömegére van szükség. Ebben az esetben azonban csak az oldott anyag és az oldószer tömege van. Mivel azonban a tömegek mindig additívak, a 2. egyenletet közvetlenül felhasználhatjuk ennek az oldatnak a tömegszázalékának kiszámításához:
Ezért az oldat tömegszázalékos koncentrációja 20%, vagy ami ugyanaz, az oldat 20 tömeg% alkoholt tartalmaz.
2. példa
Határozzuk meg egy olyan oldat tömegszázalékos koncentrációját, amelyet úgy készítünk, hogy 100 g 30 tömegszázalékos nátrium-klorid-oldatot keverünk össze 100 g másik 10 tömegszázalékos, azonos oldott anyag oldatával.
MEGOLDÁS:
Ebben az esetben két oldatot keverünk össze, mindkettő 100 g össztömegű és ugyanazzal az oldott anyaggal, de annak különböző koncentrációival. Mivel a tömegek mindig additívak, a kapott oldat tömege egyszerűen a két összekevert oldat tömegének összege lesz:
Hasonlóképpen, a végső oldatban lévő oldott anyag tömege megegyezik a két összekevert oldatban lévő oldott anyag tömegének összegével. Mivel mindkét oldat tömege 100 g, így mindegyikben azonos százalékos az oldott anyag mennyisége, azaz az első oldatnál 30 g, a másodiknál 10 g. Ennek alapján megállapítható, hogy az oldott anyag végső mennyisége:
Végül a tömeg/tömegszázalék képlet alkalmazásával megkapjuk a keresett eredményt:
Ez azt jelenti, hogy a végső keverék koncentrációja 20 tömeg% nátrium-klorid lesz.
3. példa
Ha egy tömény kénsav oldat (H 2 SO 4 , MM=98,079 g/mol) molaritása 18 mol/L és sűrűsége 1,83 g/mL, határozza meg a koncentrációját % m/m-ben.
MEGOLDÁS:
Ez az az eset, amikor megvan az oldat moláris koncentrációja és sűrűsége. Ezért a % m/m meghatározható az 5. egyenlet alkalmazásával:
Hivatkozások
Brown, T. (2021). Kémia: A központi tudomány (11. kiadás). London, Anglia: Pearson Education.
Byju-é. (2021, március 22.). Tömegszázalékos képlet. Letöltve: https://byjus.com/mass-percent-formula/
Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS és Herranz, ZR (2020). Kémia (10. kiadás). New York City, NY: MCGRAW-HILL.
Junta de Andalucía. (nd). Az oldat koncentrációja. Letöltve: http://www.juntadeandalucia.es/averroes/centros-tic/14700420/helvia/aula/archivos/repositorio/0/123/html/concentracin_de_una_disolucin.html
López C., JM (nd). Százalékok (tömeg-tömeg, tömeg-térfogat). Helyreállítva: https://tomi.digital/en/52373/porcentajes-masamasa-masavolumen
Toppr. (nd). Tömegszázalékos képlet. Letöltve: https://www.toppr.com/guides/chemistry-formulas/mass-percent-formula/
