เครื่องคำนวณเปอร์เซ็นต์มวล - คำนวณเปอร์เซ็นต์น้ำหนักในสารผสม

เปอร์เซ็นต์โดยมวลคืออะไร?

เปอร์เซ็นต์โดยมวล หรือเรียกอีกอย่างว่าเปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนักหรือ w/w% คือมวลขององค์ประกอบหนึ่งในสารผสมหารด้วยมวลรวมของสารผสม แล้วคูณด้วย 100 ค่านี้แสดงว่าสัดส่วนใดของน้ำหนักสารผสมมาจากส่วนผสมเพียงชนิดเดียว เช่น เกลือในสารละลายเกลือ หรือทองแดงในโลหะผสมทองสัมฤทธิ์

เปอร์เซ็นต์โดยมวลไม่เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ เพราะมวลเองไม่ขยายหรือหดตัวเมื่อได้รับความร้อนหรือถูกทำให้เย็นลง จึงเป็นวิธีที่คงที่ในการอธิบายความเข้มข้น ต่างจากการวัดที่อาศัยปริมาตร

สูตรเปอร์เซ็นต์โดยมวล

$\text{เปอร์เซ็นต์โดยมวล} = \frac{\text{มวลขององค์ประกอบ}}{\text{มวลรวมของสารผสม}} \times 100\%$

• มวลขององค์ประกอบ: มวลของสารชนิดเดียวที่กำลังวัด
• มวลรวมของสารผสม: มวลรวมของสารทุกชนิดในสารผสม รวมถึงองค์ประกอบนั้นด้วย

มวลทั้งสองค่าต้องใช้หน่วยเดียวกัน เช่น กรัมหรือกิโลกรัม หน่วยจะตัดกันระหว่างการหาร ดังนั้นผลลัพธ์จึงเป็นเปอร์เซ็นต์ไม่มีหน่วย ไม่ว่าจะใช้หน่วยใด ตราบใดที่ทั้งสองค่าตรงกัน

วิธีคำนวณเปอร์เซ็นต์โดยมวล

1. ชั่งมวลขององค์ประกอบ ซึ่งเป็นส่วนผสมที่ต้องการทราบสัดส่วน
2. ชั่งมวลรวมของสารผสม ซึ่งรวมองค์ประกอบนั้นกับทุกสิ่งที่ผสมอยู่ด้วย
3. หารมวลขององค์ประกอบด้วยมวลรวม
4. คูณผลลัพธ์ด้วย 100 เพื่อให้ได้เปอร์เซ็นต์

เปอร์เซ็นต์โดยมวลจะอยู่ระหว่าง 0% ถึง 100% เสมอ ผลลัพธ์ที่อยู่นอกช่วงนี้หมายความว่าวัดมวลรวมไม่ถูกต้อง หรือป้อนมวลขององค์ประกอบมากกว่ามวลรวม

ในสารผสมที่มีองค์ประกอบหลายชนิด เปอร์เซ็นต์โดยมวลขององค์ประกอบทั้งหมดจะรวมกันได้ 100% การตรวจสอบนี้มีประโยชน์: หากเปอร์เซ็นต์ของสารผสมหลายส่วนรวมกันได้ 97% หรือ 103% แสดงว่าการวัดค่าใดค่าหนึ่งคลาดเคลื่อน

ตัวอย่างการคำนวณ

ตัวอย่าง 1: สารละลายน้ำเกลือ นักเทคนิคห้องปฏิบัติการละลายโซเดียมคลอไรด์ 25 ก. ในน้ำเพื่อเตรียมสารละลายที่มีมวลรวม 100 ก.

เปอร์เซ็นต์โดยมวล = (25 ก. / 100 ก.) × 100% = 25%

ตัวอย่าง 2: องค์ประกอบของยาเม็ด ยาเม็ดหนึ่งมีมวล 200 mg และมีสารออกฤทธิ์ 5 mg

เปอร์เซ็นต์โดยมวล = (5 mg / 200 mg) × 100% = 2.5%

ส่วนที่เหลืออีก 97.5% ประกอบด้วยสารยึดเกาะและสารเติมแต่ง ซึ่งเป็นส่วนผสมที่ไม่ออกฤทธิ์และช่วยให้ยาเม็ดคงรูป

ตัวอย่าง 3: โลหะผสมบรอนซ์ ตัวอย่างบรอนซ์มีทองแดง 750 ก. ในมวลรวม 1000 ก.

เปอร์เซ็นต์โดยมวล = (750 ก. / 1000 ก.) × 100% = 75%

ตัวอย่าง 4: น้ำตาลในซีเรียลบาร์ ซีเรียลบาร์มวล 125 ก. มีน้ำตาล 15 ก.

เปอร์เซ็นต์โดยมวล = (15 ก. / 125 ก.) × 100% = 12%

สูตรที่เกี่ยวข้อง

หามวลขององค์ประกอบจากเปอร์เซ็นต์โดยมวลเป้าหมาย (P) และมวลรวม:

M_component = (P × M_total) ÷ 100

ตัวอย่าง: ผลิตภัณฑ์มวล 125 ก. ที่มีน้ำตาล 12% โดยมวล จะมีน้ำตาล (12 × 125) ÷ 100 = 15 ก.

หามวลรวมที่ต้องใช้สำหรับเปอร์เซ็นต์โดยมวลเป้าหมาย:

M_total = (M_component × 100) ÷ P

ตัวอย่าง: หากต้องการเตรียมสูตรตำรับ 2.5% จากยา 5 ก. มวลรวมที่ต้องใช้คือ (5 × 100) ÷ 2.5 = 200 ก.

การใช้เครื่องคำนวณเปอร์เซ็นต์โดยมวล

ป้อนมวลขององค์ประกอบและมวลรวมของสารผสม ช่องทั้งสองระบุหน่วยเป็นกรัม แต่สามารถใช้หน่วยมวลใดก็ได้ ตราบใดที่ใช้หน่วยเดียวกัน เพราะหน่วยจะตัดกันระหว่างการหาร เครื่องคำนวณจะหารมวลขององค์ประกอบด้วยมวลรวม คูณด้วย 100 และแสดงเปอร์เซ็นต์โดยมวลที่ปัดเป็นทศนิยมสองตำแหน่ง แถบด้านล่างผลลัพธ์แสดงสัดส่วนเดียวกัน โดยมีตำแหน่งกำกับที่ 0%, 50% และ 100% ปุ่มคัดลอกจะคัดลอกผลลัพธ์ ปุ่มรีเซ็ตจะคืนค่าช่องต่าง ๆ เป็นค่าตัวอย่าง 25 ก. และ 100 ก. ซึ่งให้ผลลัพธ์ 25%

ช่องว่างจะแสดงข้อความให้ป้อนค่า ไม่ใช่ข้อผิดพลาดสีแดง เครื่องคำนวณจะแสดงข้อผิดพลาดเมื่อมวลเป็นลบ มวลรวมเป็นศูนย์ หรือมวลขององค์ประกอบมากกว่ามวลรวม ช่องที่มีค่าซึ่งไม่ใช่ตัวเลขที่ถูกต้องจะมีการแจ้งเตือนข้างช่องนั้น เครื่องคำนวณไม่สามารถตรวจพบข้อผิดพลาดทั่วไปอย่างหนึ่งได้ นั่นคือการปะปนระหว่างมวลกับปริมาตร หากวัดของเหลวเป็นมิลลิลิตร ให้แปลงเป็นมวลก่อนโดยใช้ความหนาแน่น แล้วจึงป้อนค่า

โปรดจำไว้ด้วยว่าองค์ประกอบเป็นส่วนหนึ่งของมวลรวม ไม่ใช่สิ่งที่แยกออกจากมวลรวม หากละลายเกลือ 10 ก. ในน้ำ 90 ก. มวลรวมคือ 100 ก. ไม่ใช่ 90 ก.

เปอร์เซ็นต์โดยมวลเทียบกับหน่วยความเข้มข้นอื่น

เปอร์เซ็นต์โดยมวลเป็นหนึ่งในหลายวิธีที่ใช้แสดงความเข้มข้น และแต่ละวิธีเหมาะกับสถานการณ์ที่แตกต่างกัน

• เปอร์เซ็นต์โดยปริมาตร (v/v%) พบได้ทั่วไปในการผสมของเหลว เช่น ปริมาณแอลกอฮอล์ในเครื่องดื่ม วัดได้ง่ายกว่าด้วยถ้วยตวงแทนเครื่องชั่ง แต่ค่าจะเปลี่ยนเล็กน้อยตามอุณหภูมิ เพราะของเหลวขยายตัวเมื่ออุ่นขึ้น
• โมลาริตี (mol/L) นับจำนวนโมเลกุลต่อปริมาตรสารละลาย นักเคมีใช้ค่านี้กับปฏิกิริยา เพราะปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับจำนวนโมเลกุลที่มีอยู่ ไม่ใช่มวลของโมเลกุล
• โมแลลิตี (mol/kg) นับจำนวนโมเลกุลต่อมวลของตัวทำละลาย เนื่องจากใช้มวลแทนปริมาตร ค่านี้จึงไม่เปลี่ยนตามอุณหภูมิ ทำให้เหมาะสำหรับงานเคมีฟิสิกส์ที่ต้องการความแม่นยำ
• ส่วนในล้านส่วน (ppm) และส่วนในพันล้านส่วน (ppb) ใช้อธิบายความเข้มข้นที่น้อยมาก ซึ่งพบได้ทั่วไปในการตรวจวิเคราะห์สิ่งแวดล้อม การคูณเปอร์เซ็นต์โดยมวลด้วย 10,000 จะแปลงค่าเป็น ppm
• เศษส่วนโมล เปรียบเทียบจำนวนโมเลกุลของสารชนิดหนึ่งกับจำนวนโมเลกุลทั้งหมดที่มีอยู่ ใช้ในอุณหพลศาสตร์และการคำนวณสมดุลวัฏภาค

นิยมใช้เปอร์เซ็นต์โดยมวลเมื่อเป้าหมายคือการแสดงองค์ประกอบโดยน้ำหนักอย่างง่ายและคงที่ตามอุณหภูมิ เช่น การอธิบายโลหะผสม สูตรตำรับยา หรือรายการส่วนผสมอาหาร

ประวัติ

ก่อนมีเครื่องชั่งที่แม่นยำ ช่างโลหะนำทองแดงกับดีบุกมาผสมกันเพื่อทำบรอนซ์โดยใช้อัตราส่วนโดยประมาณแทนเปอร์เซ็นต์ที่แน่นอน เคมีเชิงปริมาณเริ่มก่อตัวขึ้นในช่วงปลายคริสต์ศตวรรษที่ 1700 จากผลงานของอ็องตวน ลาวัวซิเยร์ ซึ่งการทดลองของเขาแสดงให้เห็นว่ามวลคงอยู่ในการเกิดปฏิกิริยาเคมี หลักการนี้ทำให้สามารถอธิบายองค์ประกอบของสารด้วยการชั่งอย่างรอบคอบ

ตลอดคริสต์ศตวรรษที่ 1800 นักเคมีได้กำหนดมาตรฐานวิธีวัดองค์ประกอบ และเปอร์เซ็นต์โดยมวลก็กลายเป็นวิธีรายงานผลที่ใช้กันทั่วไป เพราะเข้าใจง่าย: เปอร์เซ็นต์ที่ระบุหมายถึงจำนวนกรัมขององค์ประกอบนั้นในสารผสมทุก ๆ 100 กรัม เครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์ที่พัฒนาขึ้นในคริสต์ศตวรรษที่ 20 ทำให้การวัดเหล่านี้แม่นยำขึ้นมาก และสนับสนุนสาขาต่าง ๆ เช่น การผลิตยา ซึ่งต้องควบคุมปริมาณส่วนผสมอย่างใกล้ชิด

คำถามที่พบบ่อย

เปอร์เซ็นต์โดยมวลใช้ทำอะไร ใช้บอกความเข้มข้นของสารในสารผสมโดยพิจารณาจากน้ำหนัก ใช้ในวิชาเคมี เภสัชกรรม การติดฉลากอาหาร และโลหะวิทยา เพื่อระบุว่าส่วนผสมชนิดหนึ่งมีมวลคิดเป็นเท่าใดของมวลสารผสม

เปอร์เซ็นต์โดยมวลแตกต่างจากเปอร์เซ็นต์โดยปริมาตรอย่างไร เปอร์เซ็นต์โดยมวลคือการหารมวลด้วยมวล ส่วนเปอร์เซ็นต์โดยปริมาตรคือการหารปริมาตรด้วยปริมาตร มวลไม่เปลี่ยนตามอุณหภูมิ ดังนั้นเปอร์เซ็นต์โดยมวลจึงคงที่กว่า ปริมาตรสามารถขยายหรือหดตัวเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยน ทำให้เปอร์เซ็นต์โดยปริมาตรเปลี่ยนเล็กน้อยได้

เปอร์เซ็นต์โดยมวลมากกว่า 100% ได้หรือไม่ ไม่ได้ มวลขององค์ประกอบไม่สามารถมากกว่ามวลรวมของสารผสมที่มีองค์ประกอบนั้นได้ เพราะมวลรวมรวมองค์ประกอบไว้แล้ว ผลลัพธ์ที่มากกว่า 100% หมายความว่าป้อนค่าการวัดผิด

มวลขององค์ประกอบและมวลรวมต้องใช้หน่วยเดียวกันหรือไม่ ต้องใช้หน่วยเดียวกัน ค่าทั้งสองต้องใช้หน่วยมวลเดียวกัน เช่น กรัมหรือกิโลกรัม หน่วยที่ใช้ไม่สำคัญ เพราะจะตัดกันระหว่างการหาร

ถ้าเปอร์เซ็นต์โดยมวลมีค่าน้อยมากจะทำอย่างไร สำหรับความเข้มข้นต่ำกว่าประมาณ 0.01% มักอ่านค่าเป็นส่วนในล้านส่วน (ppm) หรือส่วนในพันล้านส่วน (ppb) ได้ง่ายกว่า คูณเปอร์เซ็นต์โดยมวลด้วย 10,000 เพื่อแปลงเป็น ppm

ใช้เปอร์เซ็นต์โดยมวลกับก๊าซได้หรือไม่ ใช้ได้ แต่สำหรับก๊าซมักใช้เปอร์เซ็นต์โดยปริมาตรหรือเปอร์เซ็นต์โดยโมลมากกว่า เนื่องจากโดยทั่วไปปริมาณก๊าซวัดด้วยปริมาตร อย่างไรก็ตาม ยังใช้เปอร์เซ็นต์โดยมวลกับอนุภาคที่แขวนลอยอยู่ในอากาศ เช่น ฝุ่นหรือมลพิษในรูปละอองลอย

เอกสารอ้างอิง

1. สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ, หน่วย SI
2. สมาคมเคมีอเมริกัน, ลาวัวซิเยร์กับกฎการอนุรักษ์มวล
3. Chemistry LibreTexts, เปอร์เซ็นต์โดยมวล
4. ภาควิชาเคมี มหาวิทยาลัยเพอร์ดู, องค์ประกอบในรูปเปอร์เซ็นต์