質量パーセントの計算方法は？

質量パーセント濃度は、質量/質量パーセントまたは %m/m とも呼ばれ、溶液または混合物の質量の 100 部または単位ごとに溶質の質量部がいくつ存在するかを示す濃度の物理単位です。単位によって、これはさまざまな方法で解釈できます。例えば：

• 溶液 100 グラムあたりの溶質のグラム数。
• 溶液 100 キログラムあたりに存在する溶質のキログラム。
• 100ミリグラムの溶液などに含まれる溶質のミリグラム。

質量パーセントは、化学単位であるモルまたは当量数とは対照的に、物理単位である質量の関数として溶液に対する溶質の比率を示すため、濃度の物理単位と見なされます。このため、%m/m で同じ濃度の 2 つの溶液は、同じ量の溶液中に同じ量の物質 (溶質のモル数) を含むとは限りません。濃度の化学単位で行うことができる直接化学量論計算。

質量パーセント濃度がよく使用される状況

質量のパーセンテージは、非常に重要な理由で最も一般的に使用される濃度単位の 1 つです: 体積に依存せず、したがって密度に依存しないため、質量のパーセンテージは温度と圧力に依存しません。実際、溶液の質量パーセントはどこにいても同じです。

実際、市販の化学試薬の純度または濃度に関するデータを見ると、これらの値が常にラベルに質量パーセントで示されていることがわかります。他の単位で濃度を決定するために使用できる密度などのデータも報告されていますが、これらの値は温度と圧力の特定の条件で報告されています。

試薬を使用して別の溶液を調製したり、他のアプリケーションで使用したりする際の条件が、報告されたものと同じでない場合、これらのデータから計算される容量または容量依存の濃度単位には、必然的にある程度の誤差があります。エラー。

質量パーセント濃度またはパーセント m/m を計算するための式

質量パーセンテージを計算するための主な式は、他のパーセンテージと同じです。これは、溶液中の溶質の質量に 100 を掛けた比率に相当します。

ここで、m_溶質と m_溶液は、それぞれ溶質と溶液の質量に対応します。

注:上記の式を使用すると、溶質と溶液の質量が同じである限り、任意の単位 (グラム、ポンド、オンス、トンなど) で表すことができます。

溶媒の質量を使用した %m/m の計算

単一の溶質と溶媒によって形成される単純な溶液の場合、溶液の質量は、次の式に示すように、両方の成分の質量の合計に置き換えることができます。

これは、質量が常に加算されるためです。つまり、2 つ以上の物質を混合すると、混合物の質量は常にそのすべての成分の質量の合計に等しくなります。これは、質量パーセントを使用するもう 1 つの利点であり、溶液の成分の既知の量から計算できるという事実です。

これは、体積のパーセンテージ (%V/V)、質量/体積のパーセンテージ (%m/V)、または溶液の体積で表されるその他の濃度に対して常に実行できるとは限りません。これは、体積が常に加算的であるとは限らないためです (たとえば、塩が水に溶けている場合など)。

それらを追加できる場合でも (液液溶液など)、体積の合計の値が溶液の実際の最終体積と正確に等しくなることはほとんどありません。後者は、溶質 – 溶質、溶質 – 溶媒、および溶媒 – 溶媒の相互作用の違いが、溶液が形成されるときに体積の収縮または膨張のいずれかにつながる可能性があるという事実によるものです。

他の濃度単位からパーセント質量濃度を計算する方法

システムの特性を表す他の量と同様に、濃度はさまざまな単位で表すことができ、ある単位を別の単位に変換できることは、有能な化学の学生の基本的なスキルです。

他の一般的に使用される濃度単位から質量パーセントを計算する方法は次のとおりです。

質量/体積パーセント濃度 (%m/V) から質量パーセント濃度 (%m/m) を計算

質量パーセンテージを質量/体積パーセンテージと比較すると、唯一の違いは、2 番目のケースでは、溶液の量が質量ではなく体積の形式で表されることです。このため、質量/体積百分率から質量/質量百分率を計算するには、溶液の密度を使用して溶液の体積を質量に変換するだけです。

関連する算術演算を実行し、方程式を再配置すると、結果は次のようになります。

ここで、d _{solution は}溶液の密度に対応します。上記の式を使用する場合、任意の単位で任意の密度を使用できないことに注意してください。この場合、密度は、g/mL (og/cm ³ )、kg/L (または kg/dm ³ )、トン/m ³、または水の密度を表すその他の単位で表す必要があります。は 1 に近い数値を持ちます。これは、質量/体積のパーセンテージを計算する際の質量と体積の単位の選択に関する制限によるものです。

体積パーセント濃度 (%V/V) からの質量パーセント濃度 (%m/m) の計算

上記と同様の手順を実行すると、次の式に示すように、溶液と純粋な溶質の密度を使用して、体積パーセントを質量パーセントに変換することもできます。

この場合の唯一の制限は、両方の密度が同じ単位で表現されなければならないということですが、どの特定の単位が使用されるかは関係ありません。

モル濃度からの質量パーセント濃度 (%m/m) の計算

モル濃度と質量パーセントの関係は非常に頻繁に使用され、次の式で与えられます。

ここで、M は溶液のモル濃度、MM_溶質は溶質のモル質量、d_溶液は g/mL で表される溶液の密度です。分母に表示される係数 10 は、百分率の式から 100 を単純化し、ミリリットルとリットルの間の変換係数である 1,000 ml/L で構成されます。

質量パーセント濃度の計算例

例 1

無水アルコール 100g と純水 400g を混合した溶液の質量百分率濃度を求めます。

解決：

質量/質量パーセントを計算するには、溶質の質量と溶液の質量のみが必要です。ただし、この場合、溶質と溶媒の質量しかありません。ただし、質量は常に加算されるため、方程式 2 を直接使用して、この溶液の質量パーセントを計算できます。

したがって、溶液の質量パーセント濃度は 20% になります。つまり、溶液には質量で 20% のアルコールが含まれます。

例 2

質量30%の塩化ナトリウム溶液100gを、同じ溶質の質量10%の別の溶液100gと混合して調製した溶液の質量パーセント濃度を求めます。

解決：

この場合、合計質量が 100g で同じ溶質を含む 2 つの溶液が混合されていますが、その濃度は異なります。質量は常に加算されるため、結果として得られる溶液の質量は、単純に、混合された 2 つの溶液の質量の合計になります。

同様に、最終溶液中の溶質の質量は、混合された 2 つの溶液中の溶質の質量の合計に対応します。両方の溶液の質量は 100g であるため、それぞれに存在する溶質の量は同じパーセンテージです。つまり、最初の溶液は 30g、2 番目の溶液は 10g です。これに基づいて、溶質の最終量は次のようになります。

最後に、質量/質量パーセント式を適用すると、探している結果が得られます。

すなわち、最終混合物の濃度は塩化ナトリウムの２０質量％となる。

例 3

濃硫酸溶液(H ₂ SO ₄、MM=98.079 g/mol) のモル濃度が 18 mol/L、密度が 1.83 g/mL の場合、その濃度を % m/m で求めます。

解決：

これは、溶液のモル濃度とその密度がある場合です。したがって、% m/m は式 5 を適用して決定できます。

参考文献

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