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]. 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 wagowy) jest ułamkiem masowym, a więc stosunkiem masy substancji do masy całego roztworu (podanych w tej samej jednostce), wyrażonym w postaci procentowej:

C_{A} = \frac{m_{A}}{m} \cdot 100%
gdzie: CA – stężenie procentowe masowe składnika A; mA – masa składnika A; m – masa mieszaniny (roztworu)

W przypadku roztworu jednoskładnikowego można zapisać również:

C_{A} = \frac{m_{A}}{m_{A}+m_{rozp}} \cdot 100%
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[3][4]. Stężenia procentowe masowe podaje się czasem z dodatkowym symbolem, aby jednoznacznie wskazać rodzaj stężenia procentowego, np. „% mas.”, „% wag.”, „% (w/w)” bądź „% (m/m)[3][5]. Symbole te są jednak zwykle pomijane, gdyż stężenie procentowe masowe jest najczęściej stosowanym[6]. 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:

C_{A} = \frac{V_{A}}{V} \cdot 100%
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[3].

Stężenie procentowe objętościowe można inaczej zdefiniować jako liczbę jednostek objętości (np. cm³ bądź litrów) substancji zawartych w 100 jednostkach objętości roztworu[4]. Dla tego rodzaju stężenia konieczne jest dodawanie odpowiedniego symbolu, np. „% obj.” bądź „% (V/V)” bądź „vol%”, aby jednoznacznie wskazać rodzaj stężenia[1][3][4]. Procent objętościowy stosowany może być głównie do wyrażania składu roztworów ciekłych[4][5] (np. napojów alkoholowych) bądź gazowych[3].

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” 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][4][6]. 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[6].

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[4], 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:

C_{A} = \frac{n_{A}}{n} \cdot 100%
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.”[3] bądź „% (n/n)”. 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%[7][8]. 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[9][10]:

C_{kwasu} = 100% + \frac{18}{80} \cdot C_{oleum}
gdzie: Ckwasu – stężenie procentowe masowe kwasu siarkowego; Coleum – stężenie procentowe masowe oleum.

Uwagi[edytuj]

  1. Stosowanie oznaczeń typu „% m/V” jest powszechne, jednak niezalecane w polskich i międzynarodowych (ISO) normach. Preferowane są w tych przypadkach określenia opisowe bądź jednostki (patrz: Cygański 1999 ↓).
  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. a b c d e f Henryk Całus: Podstawy obliczeń chemicznych. Wyd. 6. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1975, s. 70–71.
  4. 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.
  5. 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. 
  6. 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.
  7. Per Enghag: Encyclopedia of the Elements. Technical Data, History, Processing, Application. Weinheim: Wiley-VCH, 2004, s. 1053. ISBN 3527306668.
  8. Riegel’s Handbook of Industrial Chemistry. James A. Kent (red.). Wyd. 9. T. 1. New York: Springer Science+Business, 1992, s. 466. ISBN 9781475764338.
  9. 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.
  10. 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.