غلظت درصد (percent concentration) انواعی از غلظت می باشند که در علم شیمی برای سنجش غلظت محلول ها کاربرد دارند. توجه داشته باشید که برای بیان غلظت به صورت درصد از سه اصطلاح درصد وزنی – وزنی، درصد وزنی – حجمی و درصد حجمی – حجمی استفاده می کنند. در این مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک، توضیحات بیشتری در رابطه با غلظت درصد، انواع آن و نحوه محاسبه آنها در شیمی ارائه شده است. لطفا ما را همراهی بفرمایید.
تعریف غلظت درصد
به طور کلی غلظت به کمیتی گفته می شود که تعیین می کند چه مقدار از یک حل شونده در میزان مشخصی حلال حل شده است. در واقع برای تعریف دقیق یک محلول، می توان انواع مختلفی از تعاريف و واحد ها را برای بيان نسبت ها در محلول ها تعريف کرد. سه نوع مختلف از غلظت درصد داریم که عبارتند از :
۱- درصد وزنی – وزنی
۲ -درصد وزنی – حجمی
۳ -درصد حجمی – حجمی
غلظت درصد به صورت درصد وزنی – وزنی
درصد وزنی – وزنی (weight percent) یا درصد جرمی (mass percent) بیانی دیگر از مقدار غلظت یک محلول می باشد. این کمیت را با نماد w/w % نشان می دهند. در حقیقت این کمیت برای تعیین میزان جز وزنى از ماده حل شونده اى كه در مقدار ۱۰۰ جز وزنى از محلول وجود دارد به کار می رود.
به عنوان مثال محلول هيدروكسيد سديم ۵ % را در نظر بگیرید. در این محلول مقدار ۵ گرم سدیم هیدروکسید در ۱۰۰ گرم محلول وجود دارد. با بیان یک مثال دیگر می توان مفهوم درصد جرمی را بهتر متوجه شد. محلول استریل سدیم کلرید ۰/۹ درصد می باشد، بنابراین یعنی در ۱۰۰ گرم از این محلول شستشو ۰/۹ گرم سدیم کلرید وجود دارد و ما بقی آن آب است.
درصد جرمی در محلول ها در حقیقت نسبت اختلاط حل شونده و حلال را در یک محلول بیان می کند. در نتیجه به مقدار گرم جرم حل شونده در ۱۰۰ گرم محلول درصد وزنی – وزنی یا به اختصار درصد وزنی ماده حل شونده در آن محلول گفته می شود. برای محاسبه درصد جرمی، می توان از رابطه زیر استفاده نمود :
۱۰۰× (جرم محلول / جرم ماده حل شونده) = درصد جرمی یا درصد وزنی
لازم به ذکر است که باید واحد جرم در صورت و مخرج کسر بالا یکسان باشند. در واقع هر دو باید همزمان بر حسب میلی گرم، گرم و یا کیلوگرم بیان شوند. برای محاسبه درصد جرمی یک محلول کافیست که در ابتدا جرم ماده حل شده را تقسیم بر جرم کل محلول نمود. سپس در آخر و برای محاسبه درصد، حاصل کسر بدست آمده را در عدد ۱۰۰ ضرب کنید. دقت داشته باشید که درصد وزنی به صورت % w/w بیان می شود .
مثال
فرض کنید ۱۵ گرم شکر را در ۴۰ گرم چایی حل کنید. درصد وزنی شکر را در این محلول محاسبه نمایید ؟
% ۲۷/۲۷ = ۱۰۰ × (۵۵ گرم محلول / ۱۵ گرم شکر) = درصد جرمی شکر
اگر ۵۵۰ گرم محلول چایی شیرین با درصد وزنی % ۳۵ داشته باشید، چند گرم شکر در این محلول وجود دارد ؟ در اینجا برای محاسبه مقدار گرم شکر حل شده در چایی شیرین باید درصد وزنی را در مقدار گرم محلول ضرب نمایید.
گرم شکر ۱۹۲/۵ = (گرم حلال ۱۰۰ / ۳۵ گرم شکر) × ۵۵۰ گرم محلول = ? گرم شکر
تركيب درصد جرمی مواد مركب
تركيب درصد جرمي یک ماده مركب با مشخص کردن درصد های جرمی عناصر سازنده آن ماده مركب مشخص می شود. در واقع درصد جرمي هر عنصر در يك ماده مرکب نشان دهنده مقدار آن عنصر بر حسب گرم در ۱۰۰ گرم از همان ماده مركب می باشد که به صورت زیر تعیین می شود. توجه داشته باشید که مجموع درصد های جرمی تمامی عناصر يك ماده مركب برابر با صد درصد می باشد.
۱۰۰× (جرم مولی ماده مرکب / (جرم اتمی عدد x) × (ضریب عنصر x در فرمول ماده مرکب)) = درصد جرمی عنصر x
به عنوان نمونه درصد جرمی عناصر کربن و اکسیژن را در مولکول CO2 حساب كنيد. توجه داشته باشید که جرم مولی کربن و اکسیژن به ترتیب برابر با ۱۲ و ۱۶ می باشد.
درصد وزنی – حجمی
درصد وزنی – حجمی (weight/volume percent) بیانی دیگر از مقدار غلظت یک محلول می باشد. این کمیت را با نماد w/v نشان می دهند. درصد وزنی – حجمی در حقیقت برای تعیین میزان جز وزنى از ماده حل شونده اى كه در صد میلی لیتر از محلول وجود دارد به کار می رود. این غلظت در واقع برای بیان ترکیب محلول های آبی رقیق شده و یا واکنشگر های جامد استفاده می شود.
به عنوان مثال یک محلول آبی ۵ % از نیترات نقره را در نظر بگیرید. در این محلول ۵ گرم نیترات نقره در در مقدار کافی آب مقطر برای تولید ۱۰۰ میلی لیتر محلول وجود دارد. حال فرض کنید می خواهید محلول ده درصد وزنی حجمی هیدروکسیل آمین تهیه کنید. هیدروکسیل آمین یک ماده جامد می باشد، پس می توان ۱۰ گرم از این جامد را برداشته و به حجم ۱۰۰ میلی لیتر رساند. در این صورت محلول ۱۰ % هیدروکسیل آمین دارید.
برای محاسبه درصد وزنی – حجمی، می توان از رابطه زیر استفاده نمود :
۱۰۰× (حجم محلول به میلی لیتر / جرم ماده حل شونده به گرم) = درصد وزنی – حجمی
با توجه به فرمول مشخص می شود که درصد وزنی – حجمی با واحد گرم بر میلی لیتر (g/mL) گزارش می شود. همانطور که مشخص است در این کمیت واحد صورت و مخرج کسر یکسان نمی باشد، بنابراین درصد وزنی – حجمی یک کمیت مناسب برای بیان غلظت به حساب نمی آید. اما از آن جهت که اولا اندازه گیری حجم یک محلول نسبت به اندازه گیری وزن آن آسان تر می باشد. ثانیا چگالی یک محلول رقیق معمولا نزدیک به یک می باشد، از این رو حجم محلول به میلی لیتر از لحاظ عددی بسیار نزدیک به جرم محلول به گرم می باشد، بنابراین درصد وزنی – حجمی مورد استفاده قرار می گیرد.
مثال
درصد وزنی – حجمی ۵۵۰ میلی لیتر محلول آبی سدیم کلراید که شامل ۱۵ گرم نمک سدیم کلراید است را محاسبه کنید؟
% ۲/۷۲ = ۱۰۰ × (۵۵۰ میلی لیتر محلول / ۱۵ گرم نمک) = درصد وزنی – حجمی
غلظت درصد به صورت درصد حجمی – حجمی
درصد حجمی – حجمی (volume percent) یا درصد حجمی بیانی دیگر از مقدار غلظت یک محلول می باشد. این کمیت را با نماد v/v % نشان می دهند. در حقیقت این کمیت برای تعیین حجم ماده حل شونده در ١٠٠ واحد حجم محلول به کار می رود. لازم به ذکر است که درصد حجمی به حجم محلول وابسته می باشد نه به حجم حلالی که استفاده شده است.
درصد حجمی بیشتر مواقع هنگام آماده سازی محلول مایعات به کار برده می شود. این کمیت به ویژه برای محلولی استفاده می شود که از مخلوط کردن دو مایع قابل امتزاج مانند آب و الکل یا آب و استون تشکیل شده باشد.
به عنوان مثال محلول اتانول ۷۰ % حجمی را در نظر بگیرید. این محلول به این معنی است که در ١٠٠ میلی لیتر از محلول مورد نظر، ۷۰ میلی لیتر اتانول و ۳۰ میلی لیتر آب وجود دارد. برای محاسبه درصد حجمی – حجمی، می توان از رابطه زیر استفاده نمود :
۱۰۰× (حجم محلول / حجم ماده حل شونده) = درصد حجمی – حجمی
لازم به ذکر است که باید واحد حجم در صورت و مخرج کسر بالا یکسان باشند. در واقع هر دو باید همزمان بر حسب میلی لیتر، لیتر و یا متر مکعب بیان شوند.
مثال
درصد حجمی ۸۰۰ میلی لیتر از محلولی که شامل ۲۰۰ میلی لیتر اتانول می باشد را محاسبه کنید ؟
% ۲۵ = ۱۰۰ × (۸۰۰ میلی لیتر محلول / ۲۰۰ گرم اتانول) = درصد حجمی – حجمی
پس محلول ساخته شده، ۲۵ درصد حجمی خواهد بود. در واقع یعنی در هر ۱۰۰ میلی لیتر از محلول مورد نظر ۲۵ میلی لیتر اتانول خواهید داشت.
غلظت محلول شیمی دهم
غلظت محلول اندازه گیری مقدار ماده حل شده در مقدار معینی حلال است. به عبارت ساده، به معنای تعیین میزان مخلوط شدن یک ماده با ماده دیگر است. غلظت اصطلاحی است که اغلب در شیمی و سایر زمینه های مرتبط استفاده می شود، اگرچه بیشتر در زمینه محلول ها استفاده می شود، جایی که به مقدار املاح حل شده در یک حلال اشاره دارد. غلظت را می توان به دو صورت کیفی یا کمی (به صورت عددی) بیان کرد.
غلظت محلول به عنوان مقدار املاح حل شده در محلول تعریف می شود. نسبت مقدار املاح به مقدار محلول یا حلال گاهی نیز اوقات سنجش می شود. با این حال، ما می توانیم آن را بر اساس درصد، قطعات در میلیون و چندین روش دیگر بیان کنیم. غلظت یک محلول را می توان هم به صورت کیفی و هم به صورت کمی بیان کرد. برای بیان کیفی غلظت، یک محلول را می توان به عنوان محلول رقیق یا محلول غلیظ طبقه بندی کرد که به شرح زیر توضیح داده شده است:
محلول رقیق حاوی نسبت کمتری از املاح نسبت به نسبت حلال است. به عنوان مثال، اگر ۲ گرم سالیسیلیک اسید در ۱۰۰ میلی لیتر آب حل شود و در ظرف دیگری، ۸ گرم سالیسیلیک اسید در همان مقدار آب حل شود، محلول ۲ گرمی اسید سالیسیلیک در مقایسه با ۸ محلول رقیق است.
محلول غلیظ دارای نسبت بسیار بیشتری از املاح نسبت به نسبت حلال است. به عنوان مثال، اگر ۲ گرم سالیسیلیک اسید در ۱۰۰ میلی لیتر آب حل شود و در ظرف دیگری، ۸ گرم سالیسیلیک اسید در همان مقدار آب حل شود، ۸ گرم محلول سالیسیلیک اسید در مقایسه با محلول ۲ گرم، محلول غلیظ است.
محلول اشباع محلولی است که در آن بیشترین مقدار املاح در یک حلال در دمای معین حل شود. محلول غیراشباع محلولی است که حاوی املاح کمتر از حداکثر املاح ممکن قبل از رسیدن محلول به سطح اشباع باشد.
