เครื่องคำนวณเปอร์เซ็นต์องค์ประกอบ - เครื่องมือคำนวณเปอร์เซ็นต์มวล

องค์ประกอบเป็นร้อยละคืออะไร?

องค์ประกอบร้อยละคือมวลของส่วนหนึ่งของสาร ซึ่งแสดงเป็นร้อยละของมวลทั้งหมด เครื่องคำนวณองค์ประกอบร้อยละรับมวลทั้งหมดและมวลขององค์ประกอบแต่ละชนิด แล้วรายงานว่าองค์ประกอบแต่ละชนิดมีสัดส่วนเท่าใดของทั้งหมด

นักเคมีใช้วิธีนี้ตรวจสอบว่าสารตัวอย่างที่ไม่ทราบชนิดประกอบด้วยอะไร ผู้ผลิตใช้ยืนยันว่าแต่ละรุ่นการผลิตตรงตามสูตร ผู้ที่เปรียบเทียบมวลของส่วนประกอบหรือโลหะผสมกับมวลรวมก็ใช้วิธีเดียวกันได้

สูตรองค์ประกอบร้อยละ

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

โดยที่ P คือองค์ประกอบร้อยละ m คือมวลขององค์ประกอบ และ M คือมวลรวม

มวลขององค์ประกอบและมวลทั้งหมดต้องใช้หน่วยเดียวกัน โดยปกติคือกรัม ผลลัพธ์เป็นร้อยละ ซึ่งระบุว่าส่วนประกอบนั้นมีส่วนกี่ส่วนจากทั้งหมด 100 ส่วน

วิธีคำนวณองค์ประกอบร้อยละ

1. หารมวลขององค์ประกอบด้วยมวลทั้งหมด
2. คูณผลลัพธ์ด้วย 100 เพื่อเปลี่ยนเป็นร้อยละ
3. ปัดเศษผลลัพธ์ เครื่องคำนวณนี้ปัดเป็นทศนิยมสองตำแหน่ง และจะแสดงเลขนัยสำคัญสอง หลักแทนเมื่อสัดส่วนมีค่าน้อยกว่า 0.005% เพื่อไม่ให้ส่วนประกอบปริมาณน้อย ถูกแสดงเป็น 0% หนึ่งกรัมในมวลหนึ่งล้านกรัมจะแสดงเป็น 0.0001%

ตัวอย่างพร้อมวิธีทำ

ตัวอย่างหนึ่งมีมวล 100 กรัม และมีคาร์บอน 40 กรัม

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

คาร์บอนคิดเป็น 40% ของมวลตัวอย่าง

วิธีที่เครื่องคำนวณนี้จัดการกับมวลทั้งหมด

เครื่องคำนวณนี้มีช่องป้อนข้อมูลแยกกันสองส่วน ได้แก่ ช่อง มวลทั้งหมด และช่องมวลขององค์ประกอบแต่ละชนิด เครื่องคำนวณจะไม่รวมมวลขององค์ประกอบให้โดยอัตโนมัติ และไม่บังคับให้ผลรวมเป็น 100% ทุกค่าร้อยละคำนวณจากมวลขององค์ประกอบนั้นหารด้วยค่าที่ป้อนในช่องมวลทั้งหมด

เรื่องนี้มีความสำคัญเมื่อมวลขององค์ประกอบรวมกันไม่เท่ากับมวลทั้งหมด ตัวอย่างเช่น ป้อนมวลทั้งหมดเป็น 100 ก. แล้วเพิ่มองค์ประกอบสองชนิด ได้แก่ คาร์บอน 30 ก. และไฮโดรเจน 30 ก. เครื่องคำนวณจะแสดงค่า 30% สำหรับแต่ละชนิด และค่าร้อยละทั้งสองรวมกันเป็น 60% ไม่ใช่ 100% เพราะองค์ประกอบทั้งสองรวมกันมีมวลเพียง 60 ก. จากมวลทั้งหมด 100 ก.

หากต้องการให้ค่าร้อยละรวมกันเป็น 100% ให้ตั้งค่าช่องมวลทั้งหมดให้เท่ากับผลรวมของมวลองค์ประกอบ นี่เป็นวิธีปกติในการทำงานห้องปฏิบัติการ: หากตัวอย่างมีมวล 150 ก. และการวิเคราะห์พบว่ามีทองแดง 135 ก. กับดีบุก 15 ก. การป้อนค่า 150 เป็นมวลทั้งหมดจะให้ผลเป็นทองแดง 90% และดีบุก 10% ซึ่งรวมกันเป็น 100% เพราะมีการนับมวลครบทุกกรัม

หากค่าร้อยละขององค์ประกอบชนิดใดชนิดหนึ่งสูงกว่า 100% แสดงว่ามวลที่ป้อนสำหรับองค์ประกอบนั้นมากกว่ามวลทั้งหมด เนื่องจากส่วนหนึ่งไม่สามารถมีมวลมากกว่าส่วนรวมที่เป็นของมันได้ โดยทั่วไปจึงหมายความว่าป้อนมวลทั้งหมดหรือมวลขององค์ประกอบผิด

เฉพาะองค์ประกอบที่มีมวลมากกว่าศูนย์เท่านั้นที่จะแสดงในรายการผลลัพธ์และแผนภูมิวงกลม องค์ประกอบที่เว้นว่างไว้หรือมีมวลเป็นศูนย์จะถูกข้าม

การหาค่าร้อยละองค์ประกอบจากสูตรเคมี

เครื่องคำนวณนี้ทำงานจากมวลที่มีอยู่แล้ว หากเริ่มต้นจากสูตรเคมีแทน จะต้องคำนวณก่อนว่าธาตุแต่ละชนิดมีส่วนต่อมวลเท่าใด

1. ค้นหามวลโมลาร์ของธาตุแต่ละชนิดในสูตร
2. คูณมวลโมลาร์ของธาตุแต่ละชนิดด้วยจำนวนอะตอมของธาตุนั้นที่ปรากฏในสูตร
3. นำค่าที่ได้มารวมกันเพื่อหามวลโมลาร์ทั้งหมดของสารประกอบ
4. หารส่วนมวลของธาตุแต่ละชนิดด้วยมวลโมลาร์ทั้งหมด แล้วคูณด้วย 100

สำหรับน้ำ (H₂O) เมื่อใช้มวลอะตอมมาตรฐานประมาณ 1.008 สำหรับไฮโดรเจนและ 15.999 สำหรับออกซิเจน มวลโมลาร์จะเท่ากับ 18.015 ก./โมล ไฮโดรเจนมีส่วนเป็น 2 × 1.008 = 2.016 ก./โมล ซึ่งคิดเป็น 11.19% ของทั้งหมด ออกซิเจนมีส่วนเป็น 15.999 ก./โมล ซึ่งคิดเป็น 88.81% ของทั้งหมด เมื่อทราบมวลเหล่านี้แล้ว ก็สามารถป้อนเป็นมวลขององค์ประกอบในเครื่องคำนวณ โดยใช้มวลโมลาร์เป็นมวลทั้งหมด

การใช้องค์ประกอบร้อยละในทางปฏิบัติ

• เคมี การเปรียบเทียบองค์ประกอบที่วัดได้ของสารประกอบที่สังเคราะห์กับองค์ประกอบที่สูตรเคมีคาดการณ์ไว้ แสดงให้เห็นว่าปฏิกิริยาผลิตสารตามที่ต้องการหรือไม่
• โลหะวิทยา โลหะผสมกำหนดโดยร้อยละขององค์ประกอบ ตัวอย่างเช่น ทองสัมฤทธิ์โดยทั่วไปมีทองแดง 88–95% และดีบุก 5–12% หากตัวอย่างอยู่นอกช่วงดังกล่าว ก็เป็นโลหะผสมชนิดอื่นหรือมีสิ่งปนเปื้อน
• เภสัชภัณฑ์ ผู้ผลิตตรวจสอบว่าสารออกฤทธิ์อยู่ภายในช่วงร้อยละที่ได้รับอนุมัติในทุกครั้งการผลิต
• ฉลากอาหาร ฉลากที่ระบุว่า “โปรตีน 20%” อ้างอิงจากมวลโปรตีนหารด้วยมวลทั้งหมดของอาหาร

วิธีอื่นในการแสดงองค์ประกอบ

ร้อยละโดยมวลไม่ใช่วิธีเดียวในการอธิบายว่าส่วนผสมประกอบด้วยอะไร ร้อยละโดยโมลเปรียบเทียบจำนวนโมลแทนมวล และใช้กันทั่วไปในเคมีปฏิกิริยา ร้อยละโดยปริมาตร ซึ่งเห็นบนฉลากเครื่องดื่มในรูปข้อความ เช่น “แอลกอฮอล์ 40%” เป็นมาตรฐานสำหรับของเหลว ส่วนในล้านส่วน (ppm) ใช้กับปริมาณร่องรอยที่มีน้อยมาก เช่น สารปนเปื้อนในน้ำ โมลาริตี หรือจำนวนโมลของตัวถูกละลายต่อลิตรของสารละลาย เป็นหน่วยมาตรฐานสำหรับสารละลายในห้องปฏิบัติการ การเลือกใช้ขึ้นอยู่กับวิธีวัดสารนั้น

คำถามที่พบบ่อย

องค์ประกอบร้อยละคืออะไร?

คือมวลขององค์ประกอบหนึ่งในสาร หารด้วยมวลทั้งหมด แล้วแสดงเป็นร้อยละ ค่านี้แสดงว่าแต่ละส่วนมีส่วนต่อมวลทั้งหมดเท่าใด

สูตรองค์ประกอบร้อยละคืออะไร?

องค์ประกอบร้อยละคือ $P = \frac{m}{M} \times 100\%$ โดยที่ P คือค่าร้อยละ m คือมวลขององค์ประกอบ และ M คือมวลรวม มวลทั้งสองค่าต้องอยู่ในหน่วยเดียวกัน

เครื่องคำนวณนี้ปรับสัดส่วนมวลขององค์ประกอบให้รวมกันเป็น 100% เสมอหรือไม่?

ไม่ เครื่องคำนวณจะหารมวลขององค์ประกอบแต่ละชนิดด้วยค่าที่ป้อนในช่องมวลทั้งหมด หากมวลขององค์ประกอบรวมกันไม่เท่ากับมวลทั้งหมดนั้น ค่าร้อยละก็จะไม่รวมกันเป็น 100% เช่นกัน หากต้องการให้ค่าร้อยละรวมกันเป็น 100% ให้ตั้งมวลทั้งหมดเท่ากับผลรวมของมวลองค์ประกอบ

ค่าร้อยละสามารถสูงกว่า 100% ได้หรือไม่?

ได้ หากป้อนมวลขององค์ประกอบมากกว่ามวลทั้งหมด เนื่องจากองค์ประกอบไม่สามารถมีมวลมากกว่าตัวอย่างทั้งหมดที่องค์ประกอบนั้นเป็นส่วนหนึ่งได้ ผลลัพธ์ที่สูงกว่า 100% โดยทั่วไปชี้ว่าป้อนข้อมูลมวลทั้งหมดหรือมวลขององค์ประกอบผิด

จะหาองค์ประกอบร้อยละจากสูตรเคมีได้อย่างไร?

คำนวณมวลโมลาร์ของสารประกอบ หาว่าธาตุแต่ละชนิดมีส่วนต่อมวลเท่าใดจากจำนวนอะตอมของธาตุนั้น จากนั้นหารส่วนมวลของธาตุแต่ละชนิดด้วยมวลโมลาร์ทั้งหมด แล้วคูณด้วย 100 ดูตัวอย่างน้ำข้างต้น

ควรใช้หน่วยใด?

ช่องมวลในเครื่องคำนวณนี้กำกับหน่วยเป็นกรัม และผลลัพธ์จะแสดงมวลขององค์ประกอบแต่ละชนิดซ้ำเป็นหน่วยกรัม การคำนวณเป็นอัตราส่วน ดังนั้นหน่วยมวลอื่นก็ให้ค่าร้อยละเดียวกันได้ ตราบใดที่องค์ประกอบทุกชนิดและมวลทั้งหมดใช้หน่วยเดียวกัน การผสมหน่วย เช่น ป้อนมวลบางส่วนเป็นกรัม แต่มวลทั้งหมดเป็นกิโลกรัม จะทำให้ได้ค่าร้อยละผิด

ร้อยละองค์ประกอบกับร้อยละผลได้แตกต่างกันอย่างไร?

องค์ประกอบร้อยละอธิบายว่าสารประกอบด้วยอะไร ส่วนร้อยละผลได้อธิบายว่าปฏิกิริยาผลิตผลิตภัณฑ์ได้มากเพียงใดเมื่อเทียบกับปริมาณสูงสุดที่เป็นไปได้ ทั้งสองค่าเป็นร้อยละเหมือนกัน แต่ใช้วัดคนละสิ่ง

เอกสารอ้างอิง

1. สหภาพเคมีบริสุทธิ์และเคมีประยุกต์ระหว่างประเทศ ประมวลศัพท์เคมีของ IUPAC ("Gold Book")
2. สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ มวลอะตอมและองค์ประกอบไอโซโทปของ NIST
3. Harris, D. C. (2015). Quantitative Chemical Analysis (การวิเคราะห์ทางเคมีเชิงปริมาณ) (ฉบับที่ 9). W. H. Freeman and Company.
4. Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J., และ Woodward, P. M. (2017). เคมี: วิทยาศาสตร์แกนกลาง (ฉบับที่ 14). Pearson