Υπολογιστής Εκατοστιαίας Σύνθεσης - Εργαλείο Ποσοστιαίας Μάζας

Τι είναι η ποσοστιαία σύσταση;

Η ποσοστιαία σύσταση είναι η μάζα ενός μέρους μιας ουσίας, εκφρασμένη ως ποσοστό της συνολικής μάζας. Ένας υπολογιστής ποσοστιαίας σύστασης δέχεται τη συνολική μάζα και τη μάζα κάθε συστατικού και, στη συνέχεια, αναφέρει το ποσοστό της συνολικής μάζας που συνεισφέρει κάθε συστατικό.

Οι χημικοί τη χρησιμοποιούν για να ελέγξουν από τι αποτελείται ένα άγνωστο δείγμα. Οι κατασκευαστές τη χρησιμοποιούν για να επιβεβαιώσουν ότι μια παρτίδα συμφωνεί με τη συνταγή της. Οποιοσδήποτε συγκρίνει τις μάζες συστατικών ή κραμάτων με το σύνολο μπορεί να χρησιμοποιήσει την ίδια μέθοδο.

Τύπος ποσοστιαίας σύστασης

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

όπου P είναι η ποσοστιαία σύσταση, m η μάζα του συστατικού και M η συνολική μάζα.

Η μάζα του συστατικού και η συνολική μάζα πρέπει να εκφράζονται στην ίδια μονάδα, συνήθως σε γραμμάρια. Το αποτέλεσμα είναι ποσοστό: πόσα μέρη στα 100 συνεισφέρει το συγκεκριμένο συστατικό στο σύνολο.

Πώς υπολογίζεται η ποσοστιαία σύσταση

1. Διαιρέστε τη μάζα του συστατικού με τη συνολική μάζα.
2. Πολλαπλασιάστε το αποτέλεσμα επί 100 για να το μετατρέψετε σε ποσοστό.
3. Στρογγυλοποιήστε το αποτέλεσμα. Αυτός ο υπολογιστής στρογγυλοποιεί σε δύο δεκαδικά ψηφία και διατηρεί δύο σημαντικά ψηφία αντί γι’ αυτό για ποσοστό μικρότερο από 0,005%, ώστε ένα ιχνοσυστατικό να μην αναφέρεται ποτέ ως 0%. Ένα γραμμάριο σε ένα εκατομμύριο γραμμάρια εμφανίζεται ως 0,0001%.

Λυμένο παράδειγμα

Ένα δείγμα έχει μάζα 100 γραμμαρίων. Περιέχει 40 γραμμάρια άνθρακα.

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

Ο άνθρακας αποτελεί το 40% της μάζας του δείγματος.

Πώς διαχειρίζεται ο υπολογιστής τη συνολική μάζα

Αυτός ο υπολογιστής έχει δύο ξεχωριστά πεδία εισαγωγής: ένα πεδίο Συνολική μάζα και ένα πεδίο μάζας για κάθε συστατικό. Δεν αθροίζει τις μάζες των συστατικών για εσάς και δεν επιβάλλει το άθροισμα των αποτελεσμάτων να είναι 100%. Κάθε ποσοστό υπολογίζεται ως η μάζα του συγκεκριμένου συστατικού διαιρεμένη με την τιμή που υπάρχει στο πεδίο Συνολική μάζα.

Αυτό έχει σημασία όταν οι μάζες των συστατικών δεν αθροίζονται στη συνολική μάζα. Για παράδειγμα, εισαγάγετε συνολική μάζα 100 g και, στη συνέχεια, προσθέστε δύο συστατικά: άνθρακα με 30 g και υδρογόνο με 30 g. Ο υπολογιστής αναφέρει 30% για το καθένα, και τα δύο ποσοστά αθροίζονται σε 60%, όχι σε 100%, επειδή τα συστατικά αντιστοιχούν μόνο σε 60 g από τη συνολική μάζα των 100 g.

Για να αθροίζονται τα ποσοστά σε 100%, ορίστε στο πεδίο Συνολική μάζα το άθροισμα των μαζών των συστατικών. Αυτό είναι σύνηθες στην εργαστηριακή εργασία: αν ένα δείγμα έχει μάζα 150 g και η ανάλυση βρει 135 g χαλκού και 15 g κασσίτερου, η εισαγωγή του 150 ως συνολικής μάζας δίνει 90% χαλκό και 10% κασσίτερο, τα οποία αθροίζονται πράγματι σε 100%, επειδή έχει ληφθεί υπόψη κάθε γραμμάριο.

Αν το ποσοστό ενός μεμονωμένου συστατικού προκύψει μεγαλύτερο από 100%, η μάζα που εισαγάγατε για το συγκεκριμένο συστατικό είναι μεγαλύτερη από τη συνολική μάζα. Εφόσον ένα μέρος δεν μπορεί να είναι βαρύτερο από το σύνολο στο οποίο ανήκει, αυτό συνήθως σημαίνει ότι η συνολική μάζα ή η μάζα του συστατικού πληκτρολογήθηκε λανθασμένα.

Μόνο συστατικά με μάζα μεγαλύτερη από μηδέν εμφανίζονται στη λίστα αποτελεσμάτων και στο κυκλικό διάγραμμα. Ένα συστατικό που έχει μείνει κενό ή του έχει δοθεί μηδενική μάζα παραλείπεται.

Εύρεση της ποσοστιαίας σύστασης από χημικό τύπο

Αυτός ο υπολογιστής λειτουργεί με μάζες που έχετε ήδη. Αν, αντίθετα, ξεκινάτε από έναν χημικό τύπο, πρέπει πρώτα να υπολογίσετε τη μάζα που συνεισφέρει κάθε στοιχείο:

1. Αναζητήστε τη γραμμομοριακή μάζα κάθε στοιχείου στον τύπο.
2. Πολλαπλασιάστε τη μοριακή μάζα κάθε στοιχείου με το πλήθος των ατόμων του που εμφανίζονται στον τύπο.
3. Προσθέστε τα αποτελέσματα για να βρείτε τη συνολική μοριακή μάζα της ένωσης.
4. Διαιρέστε τη συνεισφορά μάζας κάθε στοιχείου με τη συνολική μοριακή μάζα και, στη συνέχεια, πολλαπλασιάστε επί 100.

Για το νερό (H₂O), χρησιμοποιώντας τυπικό ατομικό βάρος περίπου 1,008 για το υδρογόνο και 15,999 για το οξυγόνο, η μοριακή μάζα είναι 18,015 g/mol. Το υδρογόνο συνεισφέρει 2 × 1,008 = 2,016 g/mol, δηλαδή 11,19% του συνόλου. Το οξυγόνο συνεισφέρει 15,999 g/mol, δηλαδή 88,81% του συνόλου. Αφού προσδιοριστούν αυτές οι μάζες, μπορούν να εισαχθούν στον υπολογιστή ως μάζες συστατικών, με τη μοριακή μάζα ως συνολική μάζα.

Η ποσοστιαία σύσταση στην πράξη

• Χημεία. Η σύγκριση της μετρούμενης σύστασης μιας συντιθέμενης ένωσης με τη σύσταση που προβλέπει ο τύπος της δείχνει αν η αντίδραση παρήγαγε το επιδιωκόμενο προϊόν.
• Μεταλλουργία. Τα κράματα ορίζονται από τα ποσοστά των συστατικών τους. Ο ορείχαλκος, για παράδειγμα, αποτελείται συνήθως από 88–95% χαλκό και 5–12% κασσίτερο· ένα δείγμα εκτός αυτού του εύρους είναι διαφορετικό κράμα ή είναι επιμολυσμένο.
• Φαρμακευτικά προϊόντα. Οι κατασκευαστές ελέγχουν αν η δραστική ουσία παραμένει εντός του εγκεκριμένου ποσοστιαίου εύρους σε κάθε παρτίδα.
• Επισήμανση τροφίμων. Μια ετικέτα που αναγράφει «20% πρωτεΐνη» βασίζεται στη μάζα της πρωτεΐνης διαιρεμένη με τη συνολική μάζα του τροφίμου.

Άλλοι τρόποι έκφρασης της σύστασης

Η κατά μάζα ποσοστιαία σύσταση δεν είναι ο μόνος τρόπος περιγραφής του περιεχομένου ενός μείγματος. Το ποσοστό κατά mol συγκρίνει τον αριθμό των μορίων και όχι τη μάζα και χρησιμοποιείται συχνά στη χημεία των αντιδράσεων. Το ποσοστό κατ’ όγκο, που εμφανίζεται στις ετικέτες ποτών ως «40% αλκοόλη», είναι τυπικό για τα υγρά. Τα μέρη ανά εκατομμύριο (ppm) χρησιμοποιούνται για πολύ μικρές ποσότητες ιχνοσυστατικών, όπως οι ρυπαντές στο νερό. Η μοριακότητα, δηλαδή τα mol διαλυμένης ουσίας ανά λίτρο διαλύματος, είναι η τυπική μονάδα για τα εργαστηριακά διαλύματα. Η επιλογή εξαρτάται από τον τρόπο μέτρησης της ουσίας.

Συχνές ερωτήσεις

Τι είναι η ποσοστιαία σύσταση;

Είναι η μάζα ενός συστατικού μιας ουσίας διαιρεμένη με τη συνολική μάζα, εκφρασμένη ως ποσοστό. Δείχνει πόσο από τη συνολική μάζα συνεισφέρει κάθε μέρος.

Ποιος είναι ο τύπος της ποσοστιαίας σύστασης;

Η ποσοστιαία σύσταση είναι $P = \frac{m}{M} \times 100\%$, όπου P είναι το ποσοστό, m η μάζα του συστατικού και M η συνολική μάζα. Και οι δύο μάζες πρέπει να εκφράζονται στην ίδια μονάδα.

Κανονικοποιεί αυτός ο υπολογιστής τις μάζες των συστατικών ώστε να αθροίζονται πάντα σε 100%;

Όχι. Διαιρεί τη μάζα κάθε συστατικού με την τιμή που έχει εισαχθεί στο πεδίο Συνολική μάζα. Αν οι μάζες των συστατικών δεν αθροίζονται σε αυτή τη συνολική μάζα, ούτε τα ποσοστά θα αθροίζονται σε 100%. Για να αθροίζονται τα ποσοστά σε 100%, ορίστε τη συνολική μάζα ίση με το άθροισμα των μαζών των συστατικών.

Μπορεί ένα ποσοστό να προκύψει μεγαλύτερο από 100%;

Ναι, αν η μάζα ενός συστατικού εισαχθεί ως μεγαλύτερη από τη συνολική μάζα. Εφόσον ένα συστατικό δεν μπορεί να ζυγίζει περισσότερο από ολόκληρο το δείγμα στο οποίο ανήκει, ένα αποτέλεσμα πάνω από 100% συνήθως υποδεικνύει σφάλμα καταχώρισης στη συνολική μάζα ή στη μάζα ενός συστατικού.

Πώς βρίσκετε την ποσοστιαία σύσταση από έναν χημικό τύπο;

Υπολογίστε τη μοριακή μάζα της ένωσης, βρείτε πόση μάζα συνεισφέρει κάθε στοιχείο με βάση τον αριθμό των ατόμων του, έπειτα διαιρέστε τη συνεισφορά κάθε στοιχείου με τη συνολική μοριακή μάζα και πολλαπλασιάστε επί 100. Δείτε το παραπάνω παράδειγμα με το νερό.

Ποιες μονάδες πρέπει να χρησιμοποιούνται;

Τα πεδία μάζας σε αυτόν τον υπολογιστή φέρουν την ένδειξη γραμμάρια και τα αποτελέσματα επαναλαμβάνουν τη μάζα κάθε συστατικού σε γραμμάρια. Η αριθμητική πράξη είναι λόγος, επομένως οποιαδήποτε άλλη μονάδα μάζας δίνει το ίδιο ποσοστό, αρκεί κάθε συστατικό και η συνολική μάζα να εκφράζονται στην ίδια μονάδα. Η ανάμειξη μονάδων, όπως η εισαγωγή ορισμένων μαζών σε γραμμάρια και της συνολικής μάζας σε χιλιόγραμμα, δίνει λανθασμένα ποσοστά.

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ποσοστιαίας σύστασης και ποσοστιαίας απόδοσης;

Η ποσοστιαία σύσταση περιγράφει από τι αποτελείται μια ουσία. Η ποσοστιαία απόδοση περιγράφει πόσο προϊόν παρήγαγε πραγματικά μια αντίδραση σε σύγκριση με το μέγιστο δυνατό. Και τα δύο είναι ποσοστά, αλλά μετρούν διαφορετικά πράγματα.

Παραπομπές

1. International Union of Pure and Applied Chemistry. Σύνοψη χημικής ορολογίας της IUPAC (το "Gold Book").
2. National Institute of Standards and Technology. Ατομικά βάρη και ισοτοπικές σύστασεις του NIST.
3. Harris, D. C. (2015). Ποσοτική χημική ανάλυση (9η έκδ.). W. H. Freeman and Company.
4. Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J., & Woodward, P. M. (2017). Χημεία: Η κεντρική επιστήμη (14η έκδ.). Pearson.