Tabla de Contenidos
Stężenie w procentach objętościowych , zwane także procentami objętościowymi/objętościowymi lub %V/V, jest fizyczną jednostką stężenia, która wskazuje, ile części objętościowych substancji rozpuszczonej znajduje się w 100 częściach lub jednostkach objętości roztworu. W zależności od jednostek można to interpretować na różne sposoby. Na przykład i między innymi:
- Mililitry substancji rozpuszczonej przypadające na 100 mililitrów roztworu.
- Litry substancji rozpuszczonej przypadające na 100 litrów roztworu.
- Centymetry sześcienne lub cm3 substancji rozpuszczonej w 100 cm3 roztworu.
Procent objętościowy stężenia jest uważany za fizyczną jednostkę stężenia, ponieważ wskazuje stosunek objętości substancji rozpuszczonej do roztworu, który jest jednostką fizyczną, w przeciwieństwie do moli lub liczby równoważników, które są jednostkami chemicznymi. Z tego powodu dwa roztwory o tym samym stężeniu w %V/V niekoniecznie będą miały taką samą ilość substancji (czyli moli substancji rozpuszczonej) na jednostkę roztworu, więc %V/V nie może być używany jako substytut w obliczeniach stechiometrycznych bezpośrednio, coś, co można zrobić za pomocą jednostek stężenia chemicznego.
Kiedy stosować stężenie procentowe objętości
Stężenie w procentach objętościowych to jednostka stężenia, której zastosowanie ogranicza się do roztworów zawierających tylko ciecze, takich jak etanol w wodzie lub oktan w cykloheksanie, by wymienić tylko dwa.
Zwykle nie są używane do roztworów stałych substancji rozpuszczonych w cieczach ze względu na niejednoznaczność mówienia o „objętości” substancji stałej złożonej z milionów małych kryształów o różnych rozmiarach. Fakt, że ten rozmiar może znacznie wpłynąć na zwartość ciała stałego, sprawia, że pomiar jego objętości jest niepraktyczny.
Z drugiej strony, w przypadku stosowania z płynnymi substancjami rozpuszczonymi i rozpuszczalnikami, ze względu na fakt, że wszystkie wielkości niezbędne do ich obliczenia są wyrażone objętościowo, co jest bardzo łatwe do zmierzenia w laboratorium, procent V/V jest jednym z najłatwiejsze jednostki koncentracji do pracy na poziomie praktycznym i są używane, gdy tylko jest to możliwe. Przykładowo, większość komercyjnych roztworów płynnych, takich jak nadtlenek wodoru, antyseptyczny alkohol i napoje alkoholowe, wyraża swoje stężenie jako procent V/V.
Wzory do obliczania procentowego stężenia objętościowego lub procentu V/V
Główny wzór na określenie procentu V/V roztworu jest następujący:
Korzystając z tego równania, nie ma żadnych ograniczeń co do jednostek, w jakich należy wyrazić objętości, poza warunkiem, że obie są wyrażone w tej samej jednostce. Oznacza to, że jeśli substancja rozpuszczona jest wyrażona w ml, to objętość roztworu musi być również wyrażona w tych samych jednostkach objętości.
Obliczanie objętościowego stężenia procentowego z masy substancji rozpuszczonej
Czasami znana jest masa substancji rozpuszczonej, a nie jej objętość, mimo że jest to ciekła substancja rozpuszczona. Jeśli tak jest, nadal możemy bardzo prosto obliczyć procent objętości/objętości, dzieląc przez gęstość substancji rozpuszczonej, ponieważ V=m/d. Po połączeniu tego wyrażenia z poprzednim otrzymujemy następujący wzór:
Jak obliczyć stężenie procentowe objętości z innych jednostek stężenia
Często znamy stężenie roztworu w jednej jednostce, ale potrzebujemy go w innej. Z tego powodu w tej sekcji przedstawiono kilka typowych przypadków konwersji jednostek stężenia w celu uzyskania procentu V/V.
Stężenie w procentach objętościowych (%V/V) ze stężenia w procentach masowych/objętościowych (%m/V)
Wzór na konwersję %m/V na %V/V jest następujący:
Warto wspomnieć, że przy korzystaniu z tej formuły określone są pewne ograniczenia w jednostkach. Procent m/V jest prawie zawsze wyrażany w gramach substancji rozpuszczonej na 100 ml roztworu, dlatego gęstość w jednostkach g/ml powinna być stosowana w celu zapewnienia zgodności jednostek.
Stężenie w procentach objętościowych (%V/V) ze stężenia w procentach masowych (%m/m)
Wzór na przeliczenie %m/m na %V/V jest następujący:
W tym przypadku jedynym ograniczeniem dotyczącym jednostek jest to, że obie gęstości są w tych samych jednostkach.
Stężenie w procentach objętościowych (%V/V) ze stężenia molowego
Pomimo tego, że nie jest to jedna z najczęstszych konwersji stężeń, molarność roztworu można przekształcić w procent objętościowy za pomocą następującego równania:
Jednostką gęstości substancji rozpuszczonej musi być g/ml.
Przykłady obliczeń stężenia procentowego objętości
Przykład 1
Określ stężenie procentowe objętości roztworu przygotowanego przez zmieszanie 100 ml alkoholu absolutnego z 400 ml czystej wody. Rozważ dodatkowe objętości.
ROZWIĄZANIE:
Aby obliczyć objętość/objętość procentową, potrzebujesz tylko objętości substancji rozpuszczonej i objętości roztworu. Jednak w tym przypadku mamy tylko substancję rozpuszczoną i rozpuszczalnik. Ponieważ stwierdzenie mówi, że objętości są uważane za addytywne, możemy uzyskać całkowitą objętość roztworu, dodając objętości substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika, czyli:
Teraz, gdy mamy wszystko, czego potrzebujemy, stosujemy równanie 1:
Dlatego roztwór będzie miał stężenie procentowe objętościowe 20%.
Przykład 2
Określ stężenie procentowe objętości roztworu przygotowanego przez zmieszanie 100 ml 30% objętościowego nadtlenku wodoru ze 100 ml 10% objętościowego nadtlenku wodoru. Rozważ dodatkowe objętości.
ROZWIĄZANIE:
W tym przypadku musimy ponownie dodać objętości, aby uzyskać całkowitą objętość roztworu, ale brakuje nam objętości substancji rozpuszczonej. Ponieważ miesza się dwa roztwory, substancja rozpuszczona w mieszaninie będzie sumą substancji obecnych w każdym z początkowych roztworów. Ponadto, ponieważ objętości tych dwóch roztworów wynoszą po 100 ml, objętość substancji rozpuszczonej w każdym roztworze będzie liczbowo równa jej procentowi V/V:
Na koniec stosujemy formułę procent objętości/objętości i gotowe:
Oznacza to, że stężenie końcowej mieszaniny będzie wynosić 20% objętościowych nadtlenku wodoru.
