Stężenie procentowe

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Stężenie procentowe – jeden ze sposobów wyrażenia stężenia substancji w mieszaninie (najczęściej w roztworze), poprzez przedstawienie ułamka masowego, ułamka objętościowego bądź innego w postaci procentowej. Przeważnie terminu „stężenie procentowe” bez żadnego dookreślenia używa się w znaczeniu stężenia procentowego masowego, jako że jest ono najczęściej stosowane. W przypadku innych rodzajów stężeń procentowych konieczne jest już użycie odpowiedniego określenia jak np. „objętościowe”[1] bądź oznaczenia („% m/V”, „% V/V”)[a][2]. Jednakże zgodnie z zaleceniami Międzynarodowej Organizacji Normalizacyjnej (ISO) i Międzynarodowej Unii Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC) preferowane jest stosowanie jednostek zamiast symbolu procenta[3].

Nie należy również mylić stężeń procentowych z tymi, w których nie występuje określenie „procentowy”, tj. przykładowo stężenie masowe nie jest stężeniem procentowym masowym tylko stężeniem masowo-objętościowym (stosunkiem masy składnika do objętości roztworu).

Rodzaje stężeń procentowych[edytuj]

Stężenie procentowe masowe[edytuj]

Stężenie procentowe masowe (stężenie procentowe wagowe, procent masowy, procent wagowy) jest ułamkiem masowym, a więc stosunkiem masy substancji do masy całego roztworu (podanych w tej samej jednostce), wyrażonym w postaci procentowej:

gdzie: CA – stężenie procentowe masowe składnika A; mA – masa składnika A; m – masa mieszaniny (roztworu)

W przypadku roztworu jednoskładnikowego można zapisać również:

gdzie: mrozp – masa rozpuszczalnika

Można również stężenie procentowe zdefiniować jako liczbę gramów substancji znajdujących się w 100 g mieszaniny. Stąd przykładowo w 100 g 20-procentowego roztworu chlorku sodu rozpuszczonych będzie 20 g tej substancji[4][5]. Stężenia procentowe masowe podaje się czasem z dodatkowym symbolem, aby jednoznacznie wskazać rodzaj stężenia procentowego, np. „% mas.”, „% wag.”, „% (w/w)” bądź „% (m/m)[a][4][6]. Symbole te są jednak zwykle pomijane, gdyż stężenie procentowe masowe jest najczęściej stosowanym[7]. Stężenie procentowe masowe jest niezależne od temperatury, gdyż nie wpływa ona na zmiany masy substancji i roztworu[1].

Stężenie procentowe objętościowe[edytuj]

Stężenie procentowe objętościowe (procent objętościowy) to ułamek objętościowy (stosunek objętości substancji do objętości mieszaniny) wyrażony w procentach:

gdzie: CA – stężenie procentowe objętościowe składnika A; VA – objętość składnika A; V – sumaryczna objętość wszystkich składników mieszaniny

Objętość mieszaniny nie jest sumą objętości wszystkich składników (jest tak tylko w przypadku roztworów idealnych, dla których nie zachodzi zjawisko kontrakcji objętości), dlatego też objętości składników powinny być mierzone przed ich zmieszaniem. Ponadto objętości substancji i roztworu są zależne od ciśnienia i temperatury, dlatego powinny być mierzone w tych samych warunkach[4].

Stężenie procentowe objętościowe można inaczej zdefiniować jako liczbę jednostek objętości (np. cm³ bądź litrów) substancji zawartych w 100 jednostkach objętości roztworu[5]. Dla tego rodzaju stężenia konieczne jest dodawanie odpowiedniego symbolu, np. „% obj.” bądź „% (V/V)” bądź „vol%[a], aby jednoznacznie wskazać rodzaj stężenia[1][4][5]. Procent objętościowy stosowany może być głównie do wyrażania składu roztworów ciekłych[5][6] (np. napojów alkoholowych) bądź gazowych[4].

Stężenie procentowe masowo-objętościowe[edytuj]

Wyrażone w procentach stężenie masowe (stosunek masy substancji do objętości roztworu) nazywane jest stężeniem procentowym masowo-objętościowym (procentem masowo-objętościowym). Oznaczane jest symbolem „% m/V[a] i określa liczbę części masowych substancji przypadających na 100 części objętościowych mieszaniny, przy czym najczęściej stężenie to wyrażane jest liczbą gramów substancji przypadającą na 100 ml roztworu. Stąd 0,9% m/V roztwór chlorku sodu (roztwór soli fizjologicznej) będzie zawierał 0,9 g NaCl w 100 ml roztworu[b][5][7]. Zapis taki jest jednak nieprawidłowy z uwagi na to, że stężenie masowe jest wielkością mianowaną, a przy pomocy procentów wyraża się jedynie wartości bezwymiarowe. Dlatego też stężenie masowe powinno być wyrażane poprzez jednostkę, a nie procent masowo-objętościowy (% m/V)[2].

Stosowane głównie dla roztworów ciał stałych w cieczy (zwłaszcza w przypadkach, gdy roztwór zawiera niewielką ilość rozpuszczonej substancji), m.in. w medycynie do wyznaczania stężenia leków do podania dożylnego[7].

Stężenie procentowe objętościowo-masowe[edytuj]

Rzadko spotykanym rodzajem stężenia procentowego jest stężenie procentowe objętościowo-masowe (procent objętościowo-masowy). Wyraża się je poprzez stosunek objętości składnika mieszaniny (w mililitrach) do 100 jednostek masy roztworu (100 gramów). Stężenie takie oznaczane jest symbolem „% V/m[a][5], jednak zapis taki (podobnie jak w przypadku stężenia procentowego masowo-objętościowego) jest niepoprawny[2].

Stężenie procentowe molowe[edytuj]

Stężenie procentowe molowe (procent molowy) jest ułamkiem molowym (stosunkiem liczby moli substancji do liczby moli wszystkich składników roztworu) wyrażonym w procentach:

gdzie: CA – stężenie procentowe molowe składnika A; nA – liczba moli składnika A; n – liczba moli wszystkich składników mieszaniny

Tak otrzymane stężenie oznacza się symbolem „% mol.”[4] bądź „% (n/n)”[a]. Nie należy mylić go ze stężeniem molowym, będącym stosunkiem liczby moli składnika do objętości roztworu.

Stężenia wyższe niż 100%[edytuj]

W praktyce przyjmuje się czasem wartości stężeń substancji wyższe niż 100%. Podczas przemysłowego otrzymywania kwasu siarkowego, tritlenek siarki jest absorbowany w stężonym kwasie tworząc roztwór SO
3
w H
2
SO
4
(oleum). Stężenie oleum może być wyrażone jako procent masowy SO
3
w H
2
SO
4
bądź też procent masowy H
2
SO
4
, który będzie formalnie wyższy niż 100%[8][9]. Przykładowo 40% oleum odpowiada 109% kwas siarkowy. Wartość ta informuje o ilości wody jaką trzeba dodać, aby otrzymać 100% kwas siarkowy, tj. do 109% kwasu siarkowego należy dodać 9% wody. Stężenia oleum i kwasu siarkowego mogą być przeliczane z zależności[10][11]:

gdzie: Ckwasu – stężenie procentowe masowe kwasu siarkowego; Coleum – stężenie procentowe masowe oleum.

Uwagi[edytuj]

  1. a b c d e f Stosowanie oznaczeń typu „% m/V”, „% obj.” jest powszechne, jednak niezalecane w polskich normach (Cygański 1999 ↓) i przez różne organizacje, m.in. Międzynarodową Organizację Normalizacyjną (ISO) oraz Międzynarodową Unię Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC) (Green Book 2008 ↓, s. 97–98).
  2. Chociaż powszechnie oznaczenia „% m/V” używa się do wyrażenia liczby gramów substancji zawartych w 100 ml roztworu (g/100 ml), to w poszczególnych przypadkach (w zależności od zastosowanej przez danego autora konwencji) oznaczenie to może wyrażać również inne wielokrotności bądź podwielokrotności jednostek masy i objętości, np. mg/100 ml.

Przypisy[edytuj]

  1. a b c Henryk Słaby: Stężenia roztworów. W: Obliczenia chemiczne. Zbiór zadań z chemii nieorganicznej i analitycznej wraz z podstawami teoretycznymi. Alfred Śliwa (red.). Wyd. 5. Warszawa, Poznań: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1979, s. 154–155. ISBN 8301000090.
  2. a b c Andrzej Cygański: Chemiczne metody analizy ilościowej. Wyd. 5. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1999, s. 86. ISBN 8320424100.
  3. publikacja w otwartym dostępie – możesz ją przeczytać E.R.E.R. Cohen E.R.E.R., T.T. Cvitas T.T., J.G.J.G. Frey J.G.J.G., B.B. Holström B.B., K.K. Kuchitsu K.K., R.R. Marquardt R.R., I.I. Mills I.I., F.F. Pavese F.F., M.M. Quack M.M., J.J. Stohner J.J., H.L.H.L. Strauss H.L.H.L., M.M. Takami M.M., A.J.A.J. Thor A.J.A.J. i inni, Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry (Green Book), wyd. 3 (dodruk 2), Cambridge: International Union of Pure and Applied Chemistry, RSC Publishing, 2008, s. 97–98, ISBN 9780854044337.
  4. a b c d e f Henryk Całus: Podstawy obliczeń chemicznych. Wyd. 6. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1975, s. 70–71.
  5. a b c d e f Ryszard Kocjan: 3.4. Stężenia roztworów. W: Chemia analityczna. Podręcznik dla studentów. Ryszard Kocjan (red.). Wyd. 2. Cz. 1: Analiza jakościowa. Analiza ilościowa klasyczna. Warszawa: Wydawnictwo Lekarskie PZWL, 2002, s. 49. ISBN 8320026652.
  6. a b Jan Jasiczak, Ryszard Zieliński. Elementy chemii nieorganicznej i nieorganicznej analizy jakościowej. „Skrypty uczelniane”. 465, s. 100, 1995. Poznań: Akademia Ekonomiczna w Poznaniu. ISSN 0239-6734. 
  7. a b c Jerzy Minczewski, Zygmunt Marczenko: Chemia analityczna. T. 1: Podstawy teoretyczne i analiza jakościowa. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2001, s. 27. ISBN 8301134992.
  8. Per Enghag: Encyclopedia of the Elements. Technical Data, History, Processing, Application. Weinheim: Wiley-VCH, 2004, s. 1053. ISBN 3527306668.
  9. Riegel’s Handbook of Industrial Chemistry. James A. Kent (red.). Wyd. 9. T. 1. New York: Springer Science+Business, 1992, s. 466. ISBN 9781475764338.
  10. A.K. Pandit: Excel with Concepts of Physical Chemistry for IIT-JEE and Other Engineering and Medical Competitive Examinations. New Delhi: Golden Bells, s. 37–38.
  11. José Ignacio Zubizarreta Enríquez: Tecnología Química Industrial. Tema 4. Ácidos Sulfúrico y Fosfórico. Fertilizantes (hiszp.). Universidad Politécnica de Madrid, 2008. [dostęp 2016-02-04]. s. 2.