Массовая доля (химия)

Доля массы одного вещества в массе всей смеси

В химии массовая доля вещества в смеси — это отношение (альтернативно обозначаемое ) массы этого вещества к общей массе смеси. ^[1] Выраженная в виде формулы, массовая доля равна: ${\displaystyle w_{i}}$ ${\displaystyle Y_{i}}$ ${\displaystyle m_{i}}$ ${\displaystyle m_{\text{tot}}}$

${\displaystyle w_{i}={\frac {m_{i}}{m_{\text{tot}}}}.}$

Поскольку сумма масс отдельных компонентов смеси составляет , их массовые доли составляют в сумме единицу: ${\displaystyle m_{\text{tot}}}$

${\displaystyle \sum _{i=1}^{n}w_{i}=1.}$

Массовая доля также может быть выражена, со знаменателем 100, как процент по массе (в коммерческом контексте часто называется процентом по весу , сокращенно wt.% или % w/w ; см. масса против веса ). Это один из способов выражения состава смеси в безразмерной величине ; мольная доля (процент по молям , mol%) и объемная доля ( процент по объему , vol%) являются другими.

Когда интерес представляют распространенности отдельных химических элементов , а не соединений или других веществ, термин массовая доля может также относиться к отношению массы элемента к общей массе образца. В этих контекстах альтернативным термином является массовый процентный состав . Массовая доля элемента в соединении может быть рассчитана по эмпирической формуле соединения ^[2] или его химической формуле . ^[3]

Терминология

Процентная концентрация не относится к этой величине. Это неправильное название сохраняется, особенно в начальных учебниках. В биологии единица измерения «%» иногда (неправильно) используется для обозначения массовой концентрации, также называемой процентом массы/объема . Раствор с 1  г растворенного вещества, растворенного в конечном объеме 100  мл раствора, будет обозначен как «1%» или «1% м/о» (масса/объем). Это неправильно, поскольку единица измерения «%» может использоваться только для безразмерных величин. Вместо этого концентрация должна быть просто указана в единицах г/мл. Таким образом, процентный раствор или процентный раствор — это термины, которые лучше всего использовать для массовых процентных растворов (м/м, м%, или масса растворенного вещества/масса общего раствора после смешивания), или объемных процентных растворов (об./об., об.%, или объем растворенного вещества на объем общего раствора после смешивания). Очень неоднозначные термины процентный раствор и процентные растворы без других определителей продолжают иногда встречаться.

В теплотехнике качество пара используется для обозначения массовой доли пара в паре .

В сплавах, особенно из благородных металлов, термин «проба» используется для обозначения массовой доли благородного металла в сплаве. ^[4]

Характеристики

Массовая доля не зависит от температуры до тех пор, пока не произойдет фазовый переход.

Связанные величины

Соотношение смешивания

Смешение двух чистых компонентов можно выразить, введя (массовое) соотношение их смешивания . Тогда массовые доли компонентов будут ${\displaystyle r_{m}={\frac {m_{2}}{m_{1}}}}$

${\displaystyle {\begin{aligned}w_{1}&={\frac {1}{1+r_{m}}},\\w_{2}&={\frac {r_{m}}{1+r_{m}}}.\end{aligned}}}$

Массовое отношение равно отношению массовых долей компонентов:

${\displaystyle {\frac {m_{2}}{m_{1}}}={\frac {w_{2}}{w_{1}}}}$

из-за деления числителя и знаменателя на сумму масс компонентов.

Массовая концентрация

Массовая доля компонента в растворе — это отношение массовой концентрации этого компонента ρ _i (плотности этого компонента в смеси) к плотности раствора . ${\displaystyle \rho }$

${\displaystyle w_{i}={\frac {\rho _{i}}{\rho }}.}$

Молярная концентрация

Зависимость от молярной концентрации такая же, как и выше, если подставить зависимость между массой и молярной концентрацией:

${\displaystyle w_{i}={\frac {\rho _{i}}{\rho }}={\frac {c_{i}M_{i}}{\rho }},}$

где — молярная концентрация, — молярная масса компонента . ${\displaystyle c_{i}}$ ${\displaystyle M_{i}}$ ${\displaystyle i}$

Массовая доля

Массовый процент определяется как массовая доля, умноженная на 100.

Мольная доля

Мольную долю можно рассчитать по формуле ${\displaystyle x_{i}}$

${\displaystyle x_{i}={\frac {w_{i}}{M_{i}}}{\bar {M}},}$

где — молярная масса компонента , — средняя молярная масса смеси. ${\displaystyle M_{i}}$ ${\displaystyle i}$ ${\displaystyle {\bar {M}}}$

Заменяя выражение молярно-массовых произведений,

${\displaystyle x_{i}={\frac {\frac {w_{i}}{M_{i}}}{\sum _{j}{\frac {w_{j}}{M_{j}}}}}.}$

Пространственная вариация и градиент

В пространственно неоднородной смеси градиент массовой доли приводит к явлению диффузии .

Смотрите также

• Массовая доля потока

Ссылки

1. IUPAC , Compendium of Chemical Terminology , 2nd ed. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) «mass equity». doi :10.1351/goldbook.M03722
2. Формула из массового состава.
3. "Как рассчитать массовый процент состава". ThoughtCo . Получено 2018-01-05 .
4. Джон, Алекс. "Как рассчитать молярность" . Получено 28 сентября 2022 г.