Prozentuale Zusammensetzungsberechnung - Massenanteil-Tool

Was ist die prozentuale Zusammensetzung?

Die prozentuale Zusammensetzung ist die Masse eines Bestandteils eines Stoffes, ausgedrückt als Prozentsatz der Gesamtmasse. Ein Rechner für die prozentuale Zusammensetzung nimmt eine Gesamtmasse und die Masse jedes Bestandteils entgegen und gibt an, welchen Anteil jeder Bestandteil zur Gesamtmasse beiträgt.

Chemiker verwenden sie, um zu prüfen, woraus eine unbekannte Probe besteht. Hersteller verwenden sie, um zu bestätigen, dass eine Charge ihrem Rezept entspricht. Wer die Massen von Zutaten oder Legierungsbestandteilen mit einer Gesamtmasse vergleicht, kann dieselbe Methode verwenden.

Formel für die prozentuale Zusammensetzung

$P = \frac{m}{M} \times 100\%$

wobei P die prozentuale Zusammensetzung, m die Masse des Bestandteils und M die Gesamtmasse ist.

Die Masse des Bestandteils und die Gesamtmasse müssen in derselben Einheit angegeben werden, üblicherweise in Gramm. Das Ergebnis ist ein Prozentsatz: wie viele Teile von 100 der Bestandteil zur Gesamtmasse beiträgt.

So berechnet man die prozentuale Zusammensetzung

1. Teilen Sie die Masse des Bestandteils durch die Gesamtmasse.
2. Multiplizieren Sie das Ergebnis mit 100, um es in einen Prozentsatz umzuwandeln.
3. Runden Sie das Ergebnis. Dieser Rechner rundet auf zwei Dezimalstellen und verwendet für einen Anteil unter 0,005 % stattdessen zwei signifikante Stellen, sodass ein Spurenbestandteil nie als 0 % angegeben wird. Ein Gramm in einer Million Gramm wird als 0,0001 % angezeigt.

Rechenbeispiel

Eine Probe wiegt 100 Gramm. Sie enthält 40 Gramm Kohlenstoff.

$\frac{40\text{ g}}{100\text{ g}} \times 100\% = 40\%$

Kohlenstoff macht 40 % der Probenmasse aus.

So behandelt dieser Rechner die Gesamtmasse

Dieser Rechner verfügt über zwei getrennte Eingabefelder: ein Feld Gesamtmasse und ein Massenfeld für jeden Bestandteil. Er addiert die Massen der Bestandteile nicht selbst und erzwingt nicht, dass sich die Ergebnisse zu 100 % summieren. Jeder Prozentsatz wird berechnet, indem die Masse des jeweiligen Bestandteils durch den Wert geteilt wird, der im Feld Gesamtmasse steht.

Das ist wichtig, wenn sich die Massen der Bestandteile nicht zur Gesamtmasse summieren. Geben Sie beispielsweise eine Gesamtmasse von 100 g ein und fügen Sie dann zwei Bestandteile hinzu: Kohlenstoff mit 30 g und Wasserstoff mit 30 g. Der Rechner gibt für jeden Bestandteil 30 % aus; die beiden Prozentsätze summieren sich zu 60 % und nicht zu 100 %, weil die Bestandteile nur 60 g der Gesamtmasse von 100 g ausmachen.

Damit sich die Prozentsätze zu 100 % summieren, setzen Sie das Feld Gesamtmasse auf die Summe der Massen der Bestandteile. Das ist bei Laborarbeiten üblich: Wenn eine Probe 150 g wiegt und die Analyse 135 g Kupfer sowie 15 g Zinn ergibt, führt die Eingabe von 150 als Gesamtmasse zu 90 % Kupfer und 10 % Zinn. Diese Werte summieren sich zu 100 %, weil jedes Gramm berücksichtigt wurde.

Wenn der Prozentsatz eines einzelnen Bestandteils über 100 % liegt, ist die für diesen Bestandteil eingegebene Masse größer als die Gesamtmasse. Da ein Teil nicht schwerer sein kann als das Ganze, zu dem es gehört, bedeutet dies meist, dass die Gesamtmasse oder die Masse des Bestandteils falsch eingegeben wurde.

In der Ergebnisliste und im Kreisdiagramm erscheinen nur Bestandteile mit einer Masse über null. Ein leer gelassenes oder mit einer Masse von null angegebenes Feld wird übersprungen.

Ermittlung der prozentualen Zusammensetzung aus einer chemischen Formel

Dieser Rechner arbeitet mit Massen, die bereits bekannt sind. Wenn Sie stattdessen von einer chemischen Formel ausgehen, müssen Sie zunächst ermitteln, welchen Massebeitrag jedes Element liefert:

1. Ermitteln Sie die molare Masse jedes in der Formel enthaltenen Elements.
2. Multiplizieren Sie die molare Masse jedes Elements mit der Anzahl seiner Atome in der Formel.
3. Addieren Sie diese Werte, um die gesamte molare Masse der Verbindung zu erhalten.
4. Teilen Sie den Massebeitrag jedes Elements durch die gesamte molare Masse und multiplizieren Sie anschließend mit 100.

Für Wasser (H₂O) beträgt die molare Masse bei Verwendung von Standard-Atomgewichten von etwa 1,008 für Wasserstoff und 15,999 für Sauerstoff 18,015 g/mol. Wasserstoff trägt 2 × 1,008 = 2,016 g/mol bei; das entspricht 11,19 % der Gesamtmasse. Sauerstoff trägt 15,999 g/mol bei; das entspricht 88,81 % der Gesamtmasse. Sobald diese Massen bekannt sind, können sie als Massen der Bestandteile in den Rechner eingegeben werden, wobei die molare Masse als Gesamtmasse verwendet wird.

Die prozentuale Zusammensetzung in der Praxis

• Chemie. Der Vergleich der gemessenen Zusammensetzung einer synthetisierten Verbindung mit der von ihrer Formel vorhergesagten Zusammensetzung zeigt, ob die Reaktion das gewünschte Produkt hervorgebracht hat.
• Metallurgie. Legierungen werden durch die Prozentsätze ihrer Bestandteile definiert. Bronze besteht beispielsweise typischerweise aus 88–95% Kupfer und 5–12% Zinn; eine Probe außerhalb dieses Bereichs ist eine andere Legierung oder verunreinigt.
• Arzneimittel. Hersteller prüfen, ob der Wirkstoff in jeder Charge innerhalb eines zugelassenen Prozentbereichs bleibt.
• Lebensmittelkennzeichnung. Die Angabe „20 % Protein“ auf einem Etikett basiert auf dem Verhältnis der Proteinmasse zur Gesamtmasse des Lebensmittels.

Andere Möglichkeiten, die Zusammensetzung auszudrücken

Der Massenprozentsatz ist nicht die einzige Möglichkeit, die Zusammensetzung eines Gemischs zu beschreiben. Der Stoffmengenanteil vergleicht die Anzahl der Moleküle statt ihrer Masse und ist in der Reaktionschemie üblich. Der Volumenanteil, der auf Getränkeet thiketten beispielsweise als „40 % Alkohol“ erscheint, ist bei Flüssigkeiten gebräuchlich. Teile pro Million (ppm) werden für sehr kleine Spurenmengen verwendet, etwa für Verunreinigungen im Wasser. Die Molarität, also die Stoffmenge des gelösten Stoffes pro Liter Lösung, ist die Standardeinheit für Lösungen im Labor. Welche Angabe verwendet wird, hängt davon ab, wie der Stoff gemessen wurde.

Häufig gestellte Fragen

Was ist die prozentuale Zusammensetzung?

Sie ist die Masse eines Bestandteils eines Stoffes, geteilt durch die Gesamtmasse und als Prozentsatz ausgedrückt. Sie zeigt, welchen Anteil jeder Bestandteil an der Gesamtmasse hat.

Wie lautet die Formel für die prozentuale Zusammensetzung?

Die prozentuale Zusammensetzung ist $P = \frac{m}{M} \times 100\%$, wobei P der Prozentsatz, m die Masse des Bestandteils und M die Gesamtmasse ist. Beide Massen müssen in derselben Einheit angegeben sein.

Normalisiert dieser Rechner die Massen der Bestandteile so, dass sie sich immer zu 100 % summieren?

Nein. Er teilt die Masse jedes Bestandteils durch den Wert, der im Feld Gesamtmasse eingegeben wurde. Wenn sich die Massen der Bestandteile nicht zu dieser Gesamtmasse summieren, summieren sich auch die Prozentsätze nicht zu 100 %. Damit sich die Prozentsätze zu 100 % summieren, setzen Sie die Gesamtmasse auf die Summe der Massen der Bestandteile.

Kann ein Prozentsatz über 100 % liegen?

Ja, wenn die Masse eines Bestandteils größer als die Gesamtmasse eingegeben wurde. Da ein Bestandteil nicht mehr wiegen kann als die gesamte Probe, zu der er gehört, weist ein Ergebnis über 100 % meist auf einen Eingabefehler bei der Gesamtmasse oder der Masse eines Bestandteils hin.

Wie ermittelt man die prozentuale Zusammensetzung aus einer chemischen Formel?

Ermitteln Sie die molare Masse der Verbindung und wie viel Masse jedes Element entsprechend seiner Atomanzahl beiträgt. Teilen Sie anschließend den Beitrag jedes Elements durch die gesamte molare Masse und multiplizieren Sie mit 100. Siehe das obige Wasserbeispiel.

Welche Einheiten sollten verwendet werden?

Die Massenfelder dieses Rechners sind in Gramm beschriftet, und in den Ergebnissen wird die Masse jedes Bestandteils ebenfalls in Gramm angegeben. Die Berechnung ist ein Verhältnis; daher ergibt jede andere Masseneinheit denselben Prozentsatz, solange alle Bestandteile und die Gesamtmasse in derselben Einheit angegeben werden. Das Mischen von Einheiten, etwa wenn einige Massen in Gramm und die Gesamtmasse in Kilogramm eingegeben werden, führt zu falschen Prozentsätzen.

Was ist der Unterschied zwischen prozentualer Zusammensetzung und prozentualer Ausbeute?

Die prozentuale Zusammensetzung beschreibt, woraus ein Stoff besteht. Die prozentuale Ausbeute beschreibt, wie viel Produkt eine Reaktion tatsächlich erzeugt hat, verglichen mit der maximal möglichen Menge. Beide Angaben sind Prozentsätze, messen aber unterschiedliche Dinge.

Referenzen

1. International Union of Pure and Applied Chemistry. IUPAC-Kompendium der chemischen Terminologie (das "Gold Book").
2. National Institute of Standards and Technology. Atomgewichte und Isotopenzusammensetzungen des NIST.
3. Harris, D. C. (2015). Quantitative chemische Analyse (9. Auflage). W. H. Freeman and Company.
4. Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J. & Woodward, P. M. (2017). Chemistry: The Central Science (14. Auflage). Pearson.