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 | edytuj kod]

Stężenie procentowe masowe[edytuj | edytuj kod]

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 | edytuj kod]

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 | edytuj kod]

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 | edytuj kod]

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 | edytuj kod]

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 | edytuj kod]

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 | edytuj kod]

  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 | edytuj kod]

  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 83-01-00009-0.
  2. a b c Andrzej Cygański, Chemiczne metody analizy ilościowej, wyd. 5, Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1999, s. 86, ISBN 83-204-2410-0.
  3. Publikacja w otwartym dostępie – możesz ją bezpłatnie przeczytać E.R. Cohen 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 978-0-85404-433-7.
  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 83-200-2665-2.
  6. a b Jan Jasiczak, Ryszard Zieliński, Elementy chemii nieorganicznej i nieorganicznej analizy jakościowej, „Skrypty uczelniane”, 465, Poznań: Akademia Ekonomiczna w Poznaniu, 1995, s. 100, 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 83-01-13499-2.
  8. Per Enghag, Encyclopedia of the Elements. Technical Data, History, Processing, Application, Weinheim: Wiley-VCH, 2004, s. 1053, ISBN 3-527-30666-8.
  9. Riegel’s Handbook of Industrial Chemistry, James A. Kent (red.), wyd. 9, t. 1, New York: Springer Science+Business, 1992, s. 466, ISBN 978-1-4757-6433-8.
  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, Universidad Politécnica de Madrid, 2008, s. 2 [dostęp 2016-02-04] (hiszp.).