Tabla de Contenidos
ความเข้มข้นแบบเปอร์เซ็นต์มวลหรือที่เรียกว่ามวล/มวลเปอร์เซ็นต์ หรือ %m/m เป็นหน่วยทางกายภาพของความเข้มข้นที่ระบุจำนวนส่วนโดยมวลของตัวถูกละลายที่มีอยู่สำหรับทุกๆ 100 ส่วนหรือหน่วยของมวลของสารละลายหรือของผสม สิ่งนี้สามารถตีความได้หลายวิธีขึ้นอยู่กับหน่วย ตัวอย่างเช่น:
- กรัมของตัวละลายที่มีต่อสารละลาย 100 กรัม
- กิโลกรัมของตัวละลายที่มีต่อสารละลาย 100 กิโลกรัม
- มิลลิกรัมของตัวละลายที่อยู่ในสารละลาย 100 มิลลิกรัม เป็นต้น
เปอร์เซ็นต์มวลถือเป็นหน่วยทางกายภาพของความเข้มข้น เนื่องจากมันระบุอัตราส่วนของตัวถูกละลายต่อสารละลายเป็นฟังก์ชันของมวล ซึ่งเป็นหน่วยทางกายภาพ ตรงข้ามกับโมลหรือจำนวนเทียบเท่าซึ่งเป็นหน่วยทางเคมี ด้วยเหตุนี้ สารละลายสองชนิดที่มีความเข้มข้นเท่ากันในหน่วย %m/m จึงไม่จำเป็นต้องมีปริมาณสารเท่ากัน (หมายถึงโมลของตัวถูกละลาย) ในปริมาณสารละลายเท่ากัน ดังนั้น %m/m จึงไม่สามารถใช้แทนกันได้ การคำนวณปริมาณสารสัมพันธ์โดยตรง ซึ่งสามารถทำได้ด้วยหน่วยความเข้มข้นของสารเคมี
สถานการณ์ที่มักใช้ความเข้มข้นร้อยละมวล
เปอร์เซ็นต์ของมวลเป็นหน่วยความเข้มข้นที่ใช้บ่อยที่สุดหน่วยหนึ่งด้วยเหตุผลที่สำคัญมาก เนื่องจากไม่ขึ้นกับปริมาตร และดังนั้นขึ้นอยู่กับความหนาแน่นเปอร์เซ็นต์ของมวลจึงไม่ขึ้นกับอุณหภูมิและความดัน . ในความเป็นจริง เปอร์เซ็นต์มวลของสารละลายจะเท่ากันไม่ว่าเราจะอยู่ที่ไหน
ในความเป็นจริง ใครก็ตามที่ดูข้อมูลเกี่ยวกับความบริสุทธิ์หรือความเข้มข้นของสารเคมีเชิงพาณิชย์ใดๆ จะทราบดีว่าค่าเหล่านี้ระบุไว้บนฉลากเป็นเปอร์เซ็นต์โดยมวลอย่างสม่ำเสมอ นอกจากนี้ยังมีการรายงานข้อมูลเช่นความหนาแน่นซึ่งสามารถใช้เพื่อกำหนดความเข้มข้นในหน่วยอื่น ๆ แต่ค่าเหล่านี้จะถูกรายงานในสภาวะอุณหภูมิและความดัน ที่เฉพาะเจาะจง
หากเงื่อนไข ณ เวลาที่ใช้รีเอเจนต์เพื่อเตรียมสารละลายอื่นหรือเพื่อใช้ในแอปพลิเคชันอื่นไม่เหมือนกับที่รายงาน ดังนั้นปริมาตรหรือหน่วยขึ้นกับปริมาตรของความเข้มข้นใดๆ ที่คำนวณจากข้อมูลเหล่านี้ย่อมมีระดับของ ข้อผิดพลาด.
สูตรคำนวณมวล ความเข้มข้น เปอร์เซ็นต์ หรือ เปอร์เซ็นต์ m/m
สูตรหลักในการคำนวณเปอร์เซ็นต์มวลจะเท่ากับเปอร์เซ็นต์อื่นๆ ซึ่งสอดคล้องกับอัตราส่วนระหว่างมวลของตัวถูกละลายในสารละลายคูณด้วย 100
โดยที่ m ตัวถูกละลายและ m สารละลายสอดคล้องกับมวลของตัวถูกละลายและสารละลายตามลำดับ
หมายเหตุ:เมื่อใช้สมการข้างต้น คุณสามารถแสดงมวลของตัวถูกละลายและสารละลายในหน่วยที่ต้องการ (กรัม ปอนด์ ออนซ์ เมตริกตัน ฯลฯ) ตราบใดที่เท่ากัน
การคำนวณ %m/m โดยใช้มวลของตัวทำละลาย
ในกรณีของสารละลายอย่างง่ายที่เกิดจากตัวถูกละลายเดี่ยวและตัวทำละลาย มวลของสารละลายสามารถถูกแทนที่ด้วยผลรวมของมวลของส่วนประกอบทั้งสองดังแสดงในสมการต่อไปนี้:
สิ่งนี้สามารถทำได้เนื่องจากมวลเป็นสารเติมแต่งเสมอ นั่นคือเมื่อผสมสารตั้งแต่สองสารขึ้นไป มวลของสารผสมจะเท่ากับผลรวมของมวลของส่วนประกอบทั้งหมดเสมอ นี่เป็นข้อดีอีกประการของการใช้เปอร์เซ็นต์มวล ความจริงที่ว่าสามารถคำนวณได้จากจำนวนส่วนประกอบของสารละลายที่ทราบ
ไม่สามารถทำได้สำหรับปริมาตรร้อยละ (%V/V) เปอร์เซ็นต์มวล/ปริมาตร (%m/V) หรือความเข้มข้นอื่นใดที่แสดงในรูปของปริมาตรของสารละลาย นี่เป็นเพราะปริมาตรไม่ได้เติมแต่งเสมอไป (เช่น เมื่อเกลือละลายในน้ำ เป็นต้น)
แม้ในกรณีที่สามารถเพิ่มได้ (เช่น สารละลายของเหลว-ของเหลว) ค่าของผลรวมของปริมาตรก็แทบจะไม่เคยเท่ากับปริมาตรสุดท้ายของสารละลายเลย ประการหลังเกิดจากข้อเท็จจริงที่ว่าความแตกต่างระหว่างตัวถูกละลาย-ตัวถูกละลาย ตัวถูกละลาย-ตัวทำละลาย และตัวทำละลาย-ตัวถูกละลายสามารถนำไปสู่การหดตัวหรือการขยายตัวของปริมาตรเมื่อสารละลายก่อตัวขึ้น
วิธีคำนวณเปอร์เซ็นต์ความเข้มข้นของมวลจากหน่วยความเข้มข้นอื่นๆ
เช่นเดียวกับปริมาณอื่น ๆ ที่แสดงคุณสมบัติของระบบ ความเข้มข้นสามารถแสดงเป็นหน่วยต่าง ๆ และการแปลงหน่วยหนึ่งเป็นอีกหน่วยหนึ่งเป็นทักษะพื้นฐานของนักเรียนเคมีที่มีความสามารถ
ต่อไปนี้เป็นวิธีคำนวณเปอร์เซ็นต์มวลจากหน่วยความเข้มข้นอื่นๆ ที่ใช้กันทั่วไป
การคำนวณมวลเปอร์เซ็นต์ความเข้มข้น (%m/m) จากมวล/ปริมาตรเปอร์เซ็นต์ความเข้มข้น (%m/V)
หากเราเปรียบเทียบเปอร์เซ็นต์โดยมวลกับเปอร์เซ็นต์ของมวล/ปริมาตร เราจะสังเกตเห็นความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือ ในกรณีที่สอง ปริมาณของสารละลายจะแสดงในรูปของปริมาตร ไม่ใช่มวล ด้วยเหตุนี้ การคำนวณมวล/เปอร์เซ็นต์โดยมวลจากเปอร์เซ็นต์มวล/ปริมาตรเกี่ยวข้องกับการใช้ความหนาแน่นของสารละลายเพื่อแปลงปริมาตรของสารละลายเป็นมวลเท่านั้น
หลังจากดำเนินการทางคณิตศาสตร์ที่เกี่ยวข้องและจัดเรียงสมการใหม่ ผลลัพธ์คือ:
โดยที่ d สารละลายสอดคล้องกับความหนาแน่นของสารละลาย เมื่อใช้สมการข้างต้น โปรดทราบว่าคุณไม่สามารถใช้ความหนาแน่นใดๆ ในหน่วยที่คุณต้องการได้ ในกรณีนี้ ความหนาแน่นจะต้องแสดงเป็นหน่วย g/mL (og/cm 3 ), kg/L (หรือ kg/dm 3 ), เป็นตัน/m 3หรือในหน่วยอื่นใดที่ความหนาแน่นของน้ำ มีค่าตัวเลขใกล้เคียงกับ 1 เนื่องจากข้อจำกัดในการเลือกหน่วยของมวลและปริมาตรเมื่อคำนวณเปอร์เซ็นต์ของมวล/ปริมาตร
การคำนวณความเข้มข้นร้อยละโดยมวล (%m/m) จากความเข้มข้นร้อยละโดยปริมาตร (%V/V)
ดำเนินการตามขั้นตอนที่คล้ายกับขั้นตอนข้างต้น นอกจากนี้ยังสามารถแปลงเปอร์เซ็นต์ปริมาตรเป็นเปอร์เซ็นต์มวลได้โดยใช้ความหนาแน่นของสารละลายและของตัวถูกละลายที่บริสุทธิ์ตามที่แสดงในสมการต่อไปนี้:
ข้อจำกัดเดียวในกรณีปัจจุบันคือความหนาแน่นทั้งสองต้องแสดงเป็นหน่วยเดียวกัน แต่ไม่เกี่ยวว่าจะใช้หน่วยใดเป็นพิเศษ
การคำนวณมวลเปอร์เซ็นต์ความเข้มข้น (%m/m) จากความเข้มข้นของโมลาร์
ความสัมพันธ์ระหว่างโมลาริตีและเปอร์เซ็นต์มวลถูกใช้บ่อยมากและกำหนดโดยสมการต่อไปนี้:
โดยที่ M คือโมลาริตีของสารละลาย MM ถูกละลายคือมวลโมลาร์ของตัวถูกละลาย และสารละลาย d คือความหนาแน่นของสารละลายที่มีหน่วยเป็น g/mL ตัวประกอบของ 10 ที่ปรากฏในตัวส่วนประกอบด้วยการทำให้ 100 ง่ายขึ้นจากสูตรเปอร์เซ็นต์ด้วยตัวประกอบการแปลงระหว่างมิลลิลิตรและลิตร ซึ่งเท่ากับ 1,000 มล./ลิตร
ตัวอย่างการคำนวณความเข้มข้นของมวลเปอร์เซ็นต์
ตัวอย่างที่ 1
หาความเข้มข้นร้อยละโดยมวลของสารละลายที่เตรียมโดยการผสมแอลกอฮอล์สัมบูรณ์ 100 กรัมกับน้ำบริสุทธิ์ 400 กรัม
สารละลาย:
ในการคำนวณมวล/เปอร์เซ็นต์มวล คุณต้องมีมวลของตัวถูกละลายและมวลของสารละลายเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ เรามีมวลของตัวถูกละลายและตัวทำละลายเท่านั้น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมวลเป็นสารบวกเสมอ เราจึงสามารถใช้สมการที่ 2 เพื่อคำนวณเปอร์เซ็นต์มวลของสารละลายนี้ได้โดยตรง:
ดังนั้นสารละลายจะมีความเข้มข้นร้อยละโดยมวลที่ 20% หรือที่เหมือนกันคือสารละลายมีแอลกอฮอล์ 20% โดยมวล
ตัวอย่างที่ 2
หาความเข้มข้นร้อยละโดยมวลของสารละลายที่เตรียมโดยการผสมสารละลายโซเดียมคลอไรด์ 30% มวล 100 กรัมกับสารละลายมวล 10% อีก 100 กรัมของตัวถูกละลายเดียวกัน
สารละลาย:
ในกรณีนี้ สารละลายสองชนิดกำลังผสมกัน โดยมีมวลรวม 100 กรัมและตัวถูกละลายชนิดเดียวกัน แต่มีความเข้มข้นต่างกัน เนื่องจากมวลเป็นสารเติมแต่งเสมอ มวลของสารละลายที่ได้จะเป็นผลรวมของมวลของสารละลายทั้งสองที่ผสมกัน:
ในทำนองเดียวกัน มวลของตัวถูกละลายในสารละลายสุดท้ายจะสอดคล้องกับผลรวมของมวลของตัวถูกละลายในสารละลายทั้งสองที่ผสมกัน เนื่องจากมวลของสารละลายทั้งสองคือ 100 กรัม ดังนั้นปริมาณของตัวถูกละลายที่มีอยู่ในแต่ละสารละลายจึงมีเปอร์เซ็นต์เท่ากัน กล่าวคือ 30 กรัมสำหรับสารละลายแรกและ 10 กรัมสำหรับสารละลายที่สอง จากนี้พบว่าปริมาณสุดท้ายของตัวถูกละลายคือ:
ในที่สุด เมื่อใช้สูตรมวล/เปอร์เซ็นต์มวล เราได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ:
นั่นคือความเข้มข้นของส่วนผสมสุดท้ายจะอยู่ที่ 20% โดยมวลของโซเดียมคลอไรด์
ตัวอย่างที่ 3
ถ้าสารละลายของกรดซัลฟิวริกเข้มข้น (H 2 SO 4 , MM=98.079 g/mol) มีโมลาริตี 18 mol/L และความหนาแน่น 1.83 g/mL กำหนดความเข้มข้นเป็น % m/m
สารละลาย:
นี่คือกรณีที่เรามีความเข้มข้นของโมลาร์ของสารละลายและความหนาแน่นของมัน ดังนั้น % m/m สามารถกำหนดได้โดยใช้สมการที่ 5:
อ้างอิง
บราวน์ ที. (2564). เคมี: วิทยาศาสตร์กลาง (ฉบับที่ 11) ลอนดอน ประเทศอังกฤษ: เพียร์สัน เอดูเคชั่น.
บายจู. (2564, 22 มีนาคม). สูตรเปอร์เซ็นต์มวล ดึงมาจากhttps://byjus.com/mass-percent-formula/
Chang, R., Manzo, Á. ร. โลเปซ PS และเฮอร์รานซ์ ZR (2020) เคมี (ฉบับที่ 10) นครนิวยอร์ก รัฐนิวยอร์ก: MCGRAW-HILL
Junta de อันดาลูเซีย (น). ความเข้มข้นของสารละลาย สืบค้นจากhttp://www.juntadeandalucia.es/averroes/centros-tic/14700420/helvia/aula/archivos/repositorio/0/123/html/concentracin_de_una_disolucin.html
López C., JM (nd) เปอร์เซ็นต์ (มวล-มวล, มวล-ปริมาตร). กู้คืนจากhttps://tomi.digital/en/52373/porcentajes-masamasa-masavolumen
ท็อป (น). สูตรเปอร์เซ็นต์มวล สืบค้นจากhttps://www.toppr.com/guides/chemistry-formulas/mass-percent-formula/
