Tabla de Contenidos
Stężenie w procentach masowych, zwane także procentami masowymi/masowymi lub %m/m , jest fizyczną jednostką stężenia, która wskazuje, ile części masowych substancji rozpuszczonej przypada na każde 100 części lub jednostek masy roztworu lub mieszaniny. W zależności od jednostek można to interpretować na różne sposoby. Na przykład:
- Gram substancji rozpuszczonej przypadającej na 100 gramów roztworu.
- Kilogramy substancji rozpuszczonej przypadające na 100 kilogramów roztworu.
- Miligramy substancji rozpuszczonej w 100 miligramach roztworu itp.
Procent masowy jest uważany za fizyczną jednostkę stężenia, ponieważ wskazuje stosunek substancji rozpuszczonej do roztworu jako funkcję masy, która jest jednostką fizyczną, w przeciwieństwie do moli lub liczby równoważników, które są jednostkami chemicznymi. Z tego powodu dwa roztwory o tym samym stężeniu w %m/m niekoniecznie będą zawierać taką samą ilość substancji (czyli moli substancji rozpuszczonej) w tej samej ilości roztworu, więc %m/m nie może być stosowane jako substytut w bezpośrednie obliczenia stechiometryczne, które można wykonać za pomocą chemicznych jednostek stężenia.
Sytuacje, w których często stosuje się stężenie procentowe masowe
Procent masy jest jedną z najczęściej używanych jednostek stężenia z bardzo ważnego powodu: ponieważ nie zależy od objętości, a zatem od gęstości , procent masy jest niezależny od temperatury i ciśnienia. W rzeczywistości procent masowy roztworu jest taki sam bez względu na to, gdzie się znajdujemy.
W rzeczywistości każdy, kto spojrzy na dane dotyczące czystości lub stężenia dowolnego komercyjnego odczynnika chemicznego, zda sobie sprawę, że wartości te są niezmiennie podawane na etykiecie jako procent masy. Podaje się również dane takie jak gęstość, które można wykorzystać do określenia stężenia w innych jednostkach, ale wartości te są podawane w określonych warunkach temperatury i ciśnienia.
Jeżeli warunki w czasie używania odczynnika do przygotowania innego roztworu lub użycia go w jakimkolwiek innym zastosowaniu nie są takie same jak opisane, wówczas każda objętość lub zależna od objętości jednostka stężenia obliczona na podstawie tych danych nieuchronnie będzie miała pewien stopień błąd.
Wzory do obliczania stężenia procentowego masy lub procentu m / m
Główna formuła obliczania procentu masy jest równa dowolnemu innemu procentowi. Odpowiada stosunkowi masy substancji rozpuszczonej w roztworze pomnożonej przez 100.
gdzie m substancji rozpuszczonej i m roztworu odpowiadają odpowiednio masom substancji rozpuszczonej i roztworu.
UWAGA: Korzystając z powyższego równania, możesz wyrazić masę substancji rozpuszczonej i roztworu w dowolnej jednostce (gramy, funty, uncje, tony metryczne itp.), o ile są one takie same.
Obliczenie %m/m na podstawie masy rozpuszczalnika
W przypadku prostych roztworów utworzonych przez pojedynczą substancję rozpuszczoną i rozpuszczalnik masę roztworu można zastąpić sumą mas obu składników, jak pokazano w poniższym równaniu:
Można to zrobić, ponieważ masy są zawsze addytywne, to znaczy podczas mieszania dwóch lub więcej substancji masa mieszaniny zawsze będzie równa sumie mas wszystkich jej składników. To kolejna zaleta wykorzystania procentu masowego, fakt, że można go obliczyć ze znanych ilości składników roztworu.
Nie zawsze można tego dokonać dla procentu objętości (%V/V), procentu masy/objętości (%m/V) lub jakiegokolwiek innego stężenia wyrażonego jako objętość roztworu. Dzieje się tak, ponieważ objętości nie zawsze są addytywne (na przykład, gdy sól rozpuszcza się w wodzie).
Nawet w przypadkach, w których można je dodać (takich jak roztwory ciecz-ciecz), wartość sumy objętości prawie nigdy nie jest dokładnie równa rzeczywistej końcowej objętości roztworu. To ostatnie wynika z faktu, że różnice w interakcjach substancja rozpuszczona-rozpuszczona, substancja rozpuszczona-rozpuszczalnik i rozpuszczalnik-rozpuszczalnik mogą prowadzić do skurczu lub rozszerzenia objętości podczas tworzenia roztworu.
Jak obliczyć stężenie procentowe masy z innych jednostek stężenia
Jak każda inna wielkość wyrażająca właściwość układu, stężenia mogą być wyrażane w różnych jednostkach, a umiejętność zamiany jednej jednostki na inną jest podstawową umiejętnością każdego kompetentnego studenta chemii.
Oto jak obliczyć procent masy z innych powszechnie używanych jednostek stężenia.
Obliczanie stężenia procentowego masowego (%m/m) na podstawie stężenia procentowego masowego/objętościowego (%m/V)
Jeśli porównamy procent masowy z procentem masa/objętość, zauważymy, że jedyną różnicą jest to, że w drugim przypadku ilość roztworu jest wyrażona w postaci objętości, a nie masy. Z tego powodu obliczenie procentu masy/masy z procentu masy/objętości obejmuje jedynie wykorzystanie gęstości roztworu do przeliczenia objętości roztworu na masę.
Po przeprowadzeniu odpowiednich działań arytmetycznych i przekształceniu równania wynik jest następujący:
gdzie d roztwór odpowiada gęstości roztworu. Korzystając z powyższego równania, pamiętaj, że nie możesz użyć dowolnej gęstości w dowolnej jednostce. W takim przypadku gęstość musi być wyrażona w jednostkach g/mL (og/cm 3 ), kg/L (lub kg/dm 3 ), w tonach/m 3 lub w dowolnej innej jednostce, dla której gęstość wody ma wartość liczbową bliską 1. Wynika to z ograniczeń w doborze jednostek masy i objętości przy obliczaniu procentów masy/objętości.
Obliczanie stężenia procentowego masowego (%m/m) ze stężenia procentowego objętościowego (%V/V)
Przeprowadzając procedurę podobną do powyższej, procent objętościowy można również przeliczyć na procent masowy, używając gęstości roztworu i czystej substancji rozpuszczonej, jak pokazano w następującym równaniu:
Jedynym ograniczeniem w niniejszym przypadku jest to, że obie gęstości muszą być wyrażone w tych samych jednostkach, ale nie ma znaczenia, która konkretna jednostka jest używana.
Obliczanie stężenia w procentach masowych (%m/m) ze stężenia molowego
Zależność między molowością a procentem masowym jest używana bardzo często i jest wyrażona następującym równaniem:
gdzie M to molowość roztworu, MM substancji rozpuszczonej to masa molowa substancji rozpuszczonej, a d roztwór to gęstość roztworu wyrażona wg/ml. Współczynnik 10, który pojawia się w mianowniku, polega na uproszczeniu 100 ze wzoru procentowego za pomocą przelicznika mililitrów na litry, który wynosi 1000 ml/L.
Przykłady obliczeń stężenia procentowego masy
Przykład 1
Wyznacz stężenie procentowe roztworu przygotowanego przez zmieszanie 100 g alkoholu absolutnego z 400 g czystej wody.
ROZWIĄZANIE:
Aby obliczyć procent masy/masy, potrzebujesz tylko masy substancji rozpuszczonej i masy roztworu. Jednak w tym przypadku mamy tylko masy substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika. Ponieważ jednak masy są zawsze addytywne, możemy bezpośrednio użyć Równania 2 do obliczenia procentu masowego tego rozwiązania:
Zatem roztwór będzie miał stężenie procentowe masowe 20% lub, co jest tożsame, roztwór będzie zawierał 20% masowych alkoholu.
Przykład 2
Określ stężenie procentowe roztworu przygotowanego przez zmieszanie 100 g 30% masowego roztworu chlorku sodu ze 100 g innego 10% masowego roztworu tej samej substancji rozpuszczonej.
ROZWIĄZANIE:
W tym przypadku miesza się dwa roztwory, oba o łącznej masie 100 g i z tą samą substancją rozpuszczoną, ale o różnych jej stężeniach. Ponieważ masy są zawsze addytywne, masa otrzymanego roztworu będzie po prostu sumą mas dwóch zmieszanych roztworów:
Podobnie masa substancji rozpuszczonej w końcowym roztworze odpowiada sumie mas substancji rozpuszczonej w dwóch zmieszanych roztworach. Ponieważ masa obu roztworów wynosi 100g, to zawartość substancji rozpuszczonej w każdym z nich jest taka sama, tj. 30g w pierwszym roztworze i 10g w drugim. Na tej podstawie stwierdza się, że ostateczna ilość substancji rozpuszczonej wynosi:
Ostatecznie, stosując wzór masa/procent masy, otrzymujemy poszukiwany wynik:
Oznacza to, że stężenie chlorku sodu w końcowej mieszaninie będzie wynosić 20% masowych.
Przykład 3
Jeżeli roztwór stężonego kwasu siarkowego (H 2 SO 4 , MM=98,079 g/mol) ma molowość 18 mol/l i gęstość 1,83 g/ml, wyznacz jego stężenie w % m/m.
ROZWIĄZANIE:
Jest to przypadek, w którym mamy stężenie molowe roztworu, a także jego gęstość. Dlatego % m/m można określić, stosując równanie 5:
Bibliografia
Brązowy, T. (2021). Chemia: The Central Science (wyd. 11). Londyn, Anglia: Pearson Education.
Byju. (2021, 22 marca). Formuła procentu masowego. Pobrane z https://byjus.com/mass-percent-formula/
Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS i Herranz, ZR (2020). Chemia (wyd. 10). Nowy Jork, NY: MCGRAW-HILL.
Junta de Andalucía. (nd). Stężenie roztworu. Pobrane z http://www.juntadeandalucia.es/averroes/centros-tic/14700420/helvia/aula/archivos/repositorio/0/123/html/concentracin_de_una_disolucin.html
López C., JM (nd). Procenty (masa-masa, masa-objętość). Odzyskane z https://tomi.digital/en/52373/porcentajes-masamasa-masavolumen
Toppr. (nd). Formuła procentu masowego. Pobrane z https://www.toppr.com/guides/chemistry-formulas/mass-percent-formula/
