Cum se calculează procentul de masă?

Concentrația procentuală de masă, numită și procent de masă/masă sau %m/m , este o unitate fizică de concentrație care indică câte părți în masă de substanță dizolvată sunt prezente pentru fiecare 100 de părți sau unități de masă de soluție sau amestec. În funcție de unități, aceasta poate fi interpretată în moduri diferite. De exemplu:

• Gramele de substanță dizolvată care există la 100 de grame de soluție.
• Kilogramele de substanță dizolvată care există la 100 de kilograme de soluție.
• Miligramele de soluție care se află în 100 de miligrame de soluție etc.

Procentul de masă este considerat o unitate fizică de concentrație, deoarece indică raportul dintre soluție și soluție în funcție de masă, care este o unitate fizică, spre deosebire de moli sau numărul de echivalenți, care sunt unități chimice. Din acest motiv, două soluții cu aceeași concentrație în %m/m nu vor avea neapărat aceeași cantitate de substanță (adică moli de substanță dizolvată) în aceeași cantitate de soluție, deci %m/m nu poate fi utilizat ca înlocuitor în calcule stoichiometrice directe, care se pot face cu unități chimice de concentrație.

Situații în care se utilizează adesea concentrația procentuală de masă

Procentul de masă este una dintre cele mai frecvent utilizate unități de concentrație dintr-un motiv foarte important: deoarece nu depinde de volum și, prin urmare, de densitate , procentul de masă este independent de temperatură și presiune. De fapt, procentul de masă al unei soluții este același, indiferent unde ne aflăm.

De fapt, oricine analizează datele despre puritatea sau concentrația oricărui reactiv chimic comercial își va da seama că aceste valori sunt indicate invariabil pe etichetă ca procent din masă. Sunt raportate și date precum densitatea, care pot fi folosite pentru a determina concentrația în alte unități, dar aceste valori sunt raportate în condiții specifice de temperatură și presiune.

Dacă condițiile din momentul utilizării reactivului pentru a prepara o altă soluție sau pentru a o utiliza în orice altă aplicație nu sunt aceleași cu cele raportate, atunci orice unitate de concentrație dependentă de volum sau de volum calculată din aceste date va avea inevitabil un anumit grad de eroare.

Formule pentru calcularea concentrației procentuale de masă sau procente m/m

Formula principală pentru calcularea procentului de masă este egală cu orice alt procent. Ea corespunde raportului dintre masa de dizolvat din soluție înmulțită cu 100.

unde m _soluție și m _soluție corespund maselor soluției și, respectiv, soluției.

NOTĂ: Folosind ecuația de mai sus, puteți exprima masa solutului și a soluției în orice unitate dorită (grame, lire, uncii, tone metrice etc.), atâta timp cât sunt aceleași.

Calculul %m/m folosind masa solventului

În cazul soluțiilor simple formate dintr-un singur dizolvat și solvent, masa soluției poate fi înlocuită cu suma maselor ambelor componente, așa cum se arată în următoarea ecuație:

Acest lucru se poate face deoarece masele sunt întotdeauna aditive, adică atunci când amestecați două sau mai multe substanțe, masa amestecului va fi întotdeauna egală cu suma maselor tuturor componentelor sale. Acesta este un alt avantaj al folosirii procentului de masă, faptul că poate fi calculat din cantitățile cunoscute ale componentelor soluției.

Acest lucru nu se poate face întotdeauna pentru procentul de volum (%V/V), procentul de masă/volum (%m/V) sau orice altă concentrație care este exprimată în termeni de volum de soluție. Acest lucru se datorează faptului că volumele nu sunt întotdeauna aditive (ca atunci când sarea este dizolvată în apă, de exemplu).

Chiar și în cazurile în care pot fi adăugate (cum ar fi soluțiile lichid-lichid), valoarea sumei volumelor nu este aproape niciodată exact egală cu volumul final real al soluției. Acesta din urmă se datorează faptului că diferențele dintre interacțiunile solut-solut, dizolvat-solvent și solvent-solvent pot duce fie la o contracție, fie la o expansiune a volumului atunci când se formează soluția.

Cum se calculează concentrația procentuală în masă din alte unități de concentrație

Ca orice altă mărime care exprimă o proprietate a unui sistem, concentrațiile pot fi exprimate în diferite unități, iar capacitatea de a converti o unitate în alta este o abilitate de bază a oricărui student competent la chimie.

Iată cum se calculează procentul de masă din alte unități de concentrare utilizate în mod obișnuit.

Calculul concentrației procentuale de masă (%m/m) din concentrația procentuală de masă/volum (%m/V)

Dacă comparăm procentul de masă cu procentul de masă/volum, vom observa că singura diferență este că, în al doilea caz, cantitatea de soluție se exprimă sub formă de volum și nu de masă. Din acest motiv, calcularea procentului de masă/masă din procentul de masă/volum implică doar utilizarea densității soluției pentru a converti volumul soluției în masă.

După efectuarea operațiilor aritmetice pertinente și rearanjarea ecuației, rezultatul este:

unde d _soluție corespunde densității soluției. Când utilizați ecuația de mai sus, rețineți că nu puteți utiliza nicio densitate în nicio unitate dorită. În acest caz, densitatea trebuie exprimată în unități de g/mL (og/cm ³ ), kg/L (sau kg/dm ³ ), în tone/m ³ , sau în orice altă unitate pentru care densitatea apei are o valoare numerică apropiată de 1. Acest lucru se datorează restricțiilor privind selecția unităților de masă și volum la calcularea procentelor de masă/volum.

Calculul concentrației procentuale de masă (%m/m) din concentrația procentuală de volum (%V/V)

Efectuând o procedură similară cu cea de mai sus, procentul de volum poate fi, de asemenea, convertit în procent de masă folosind densitățile soluției și ale solutului pur, așa cum se arată în următoarea ecuație:

Singura restricție în prezenta cauză este aceea că ambele densități trebuie exprimate în aceleași unități, dar este irelevantă ce unitate anume este utilizată.

Calculul concentrației procentuale de masă (%m/m) din concentrația molară

Relația dintre molaritate și procentul de masă este folosită foarte des și este dată de următoarea ecuație:

unde M este molaritatea soluției, MM _solut este masa molară a soluției și d _soluția este densitatea soluției exprimată în g/mL. Factorul de 10 care apare la numitor constă în simplificarea lui 100 din formula procentuală cu factorul de conversie între mililitri și litri, care este de 1.000 ml/L.

Exemple de calcul pentru concentrația procentuală de masă

Exemplul 1

Determinați concentrația procentuală în masă a unei soluții preparate prin amestecarea a 100 g de alcool absolut cu 400 g de apă pură.

SOLUŢIE:

Pentru a calcula procentul de masă/masă, aveți nevoie doar de masa substanței dizolvate și de masa soluției. Totuși, în acest caz avem doar masele de dizolvat și de solvent. Cu toate acestea, deoarece masele sunt întotdeauna aditive, putem folosi direct ecuația 2 pentru a calcula procentul de masă al acestei soluții:

Prin urmare, soluția va avea o concentrație procentuală de masă de 20% sau, ceea ce este la fel, soluția conține 20% alcool în masă.

Exemplul 2

Se determină concentrația procentuală în masă a unei soluții preparate prin amestecarea a 100 g dintr-o soluție de clorură de sodiu cu 30% în masă cu 100 g dintr-o altă soluție cu 10% în masă a aceluiași solut.

SOLUŢIE:

În acest caz, două soluții sunt amestecate, ambele cu o masă totală de 100 g și cu același dizolvat, dar cu concentrații diferite ale acestuia. Deoarece masele sunt întotdeauna aditive, masa soluției rezultate va fi pur și simplu suma maselor celor două soluții care au fost amestecate:

În mod similar, masa de dizolvat din soluția finală corespunde sumei maselor de dizolvat din cele două soluții care au fost amestecate. Întrucât masa ambelor soluții este de 100 g, atunci cantitatea de dizolvat prezentă în fiecare dintre ele este același procent, adică 30 g pentru prima soluție și 10 g pentru a doua. Pe baza acestui fapt, se constată că cantitatea finală de solut este:

În final, aplicând formula procentului de masă/masă, obținem rezultatul pe care îl căutăm:

Adică, concentrația amestecului final va fi de 20% în masă de clorură de sodiu.

Exemplul 3

Dacă o soluție de acid sulfuric concentrat (H ₂ SO ₄ , MM=98,079 g/mol) are o molaritate de 18 mol/L și o densitate de 1,83 g/mL, determinați-i concentrația în % m/m.

SOLUŢIE:

Acesta este un caz în care avem concentrația molară a unei soluții, precum și densitatea acesteia. Prin urmare, % m/m poate fi determinat prin aplicarea ecuației 5:

Referințe

Brown, T. (2021). Chimie: Știința Centrală (ed. a 11-a). Londra, Anglia: Pearson Education.

a lui Byju. (22 martie 2021). Formula procentuală de masă. Preluat de la https://byjus.com/mass-percent-formula/

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS și Herranz, ZR (2020). Chimie (ed. a 10-a). New York, NY: MCGRAW-HILL.

Junta de Andalucía. (nd). Concentrația unei soluții. Preluat de la http://www.juntadeandalucia.es/averroes/centros-tic/14700420/helvia/aula/archivos/repositorio/0/123/html/concentracin_de_una_disolucin.html

López C., JM (nd). Procente (masă-masă, masă-volum). Recuperat de pe https://tomi.digital/en/52373/porcentajes-masamasa-masavolumen

Toppr. (nd). Formula procentuală de masă. Preluat de la https://www.toppr.com/guides/chemistry-formulas/mass-percent-formula/