Stężenie procentowe - Polski Serwis Naukowy

Stężenie procentowe to udział związków chemicznych w mieszaninach i roztworach wyrażony w procentach.

Pojęcie to oznacza najczęściej zawartość substancji rozproszonej lub rozpuszczonej w stosunku do całości mieszaniny lub roztworu, jednak czasami określa się w ten sposób również udział procentowy roztworu nienasyconego w stosunku do roztworu nasyconego (w tych samych warunkach termodynamicznych).

Stechiometria – dział chemii zajmujący się stosunkami ilościowymi przemian związków chemicznych zachodzących w czasie reakcji chemicznych. Stechiometria zajmuje się ustaleniem w jakich proporcjach ilościowych reagują z sobą związki chemiczne i jakie są proporcje substratów do produktów. Proporcje te wylicza się na podstawie równań chemicznych analizowanych reakcji oraz znajomości mas cząsteczkowych substratów i produktów.

Woda, tlenek wodoru (nazwa systematyczna IUPAC: oksydan) – związek chemiczny o wzorze H2O, występujący w warunkach standardowych w stanie ciekłym. W stanie gazowym wodę określa się mianem pary wodnej, a w stałym stanie skupienia – lodem. Słowo woda jako nazwa związku chemicznego może się odnosić do każdego stanu skupienia.

Pojęcie to nie jest tak jednoznaczne, jak w przypadku stężenia molowego, gdyż do jego obliczania można brać pod uwagę udziały wagowe lub objętościowe albo ich kombinację.

Klasyczne wagowe stężenie procentowe to liczba gramów związku, jaka jest obecna w 100 g roztworu, jednak w przypadków rozcieńczonych roztworów wodnych zazwyczaj stężenie procentowe oznacza w praktyce liczbę gramów związku chemicznego obecnego w 100 cm³ roztworu, gdyż przyjmuje się tu, że w przybliżeniu roztwory takie mają gęstość zbliżoną do wody — czyli 100 g/100 cm³. W przypadku bardziej stężonych roztworów nie jest to jednak już prawdą i gęstość takich roztworów może znacznie odbiegać od tej wartości.

Kontrakcja objętości - zjawisko fizyczne polegające na zmianie objętości roztworu lub mieszaniny na skutek reakcji chemicznej lub oddziaływań międzycząsteczkowych pomiędzy składnikami mieszaniny.

Roztwór to nierozdzielająca się w długich okresach czasu mieszanina dwóch lub więcej związków chemicznych. Skład roztworów określa się przez podanie stężenia składników. W roztworach zwykle jeden ze związków chemicznych jest nazywany rozpuszczalnikiem, a drugi substancją rozpuszczaną. Który z dwóch związków uznać za rozpuszczalnik, jest właściwie kwestią umowną, wynikającą z praktyki i tradycji.

Ze względu na to, że bardzo często gęstość roztworów nie jest zwykłą średnią gęstości jego składników (na skutek zachodzenia zjawiska zwanego kontrakcją objętości, np. w przypadku mieszania czystego etanolu z wodą), w praktyce laboratoryjnej i przemysłowej łatwiej jest stosować stężenie objętościowe oznaczające liczbę cm³ czystego związku, które zostało użyte do uzyskania 100 cm³ roztworu. Stężenia takie są stosowane zwłaszcza w przypadku mieszanin gazów oraz w przypadku napojów alkoholowych.

ppb (ang. parts per billion) - to przyjęty na świecie sposób wyrażania stężenia skrajnie rozcieńczonych roztworów związków chemicznych. Stężenie to jest pochodną ułamka molowego i określa ile cząsteczek związku chemicznego przypada na 1 miliard (ang. billion - 109) cząsteczek rozpuszczalnika.

Procentowe stężenie wagowe jest zazwyczaj oznaczane w literaturze chemicznej symbolem „w/w” (weight/weight), objętościowe „v/v” (volume/volume) lub „s/s”, zaś mieszane „w/s” lub „w/v”.

Swoistym paradoksem stężenia procentowego roztworów jest to, że w niektórych przypadkach przyjmuje się roboczo, że wynosi ono więcej niż 100%. Przykładem tego jest m.in. oleum, czyli roztwór SO3 w kwasie siarkowym. W praktyce przemysłowej kwas siarkowy produkuje się poprzez nasycanie wody gazowym SO3. Po osiągnięciu 100% nasycenia uzyskuje się czysty, 100% kwas siarkowy, gdyż SO3 reaguje z wodą, prowadząc do powstania kwasu siarkowego. Dalsze nasycanie kwasu SO3 prowadzi do uzyskania roztworu SO3 w kwasie siarkowym. Tradycyjnie stężenie SO3 w takim układzie przelicza się tak, jakby to był ponad 100% roztwór kwasu siarkowego w wodzie. Np. oleum 120% to taki roztwór SO3 w kwasie siarkowym, który po dodaniu do niego 20% wody zamienia się w 100% kwas. Takie paradoksalne rozwiązanie, jakkolwiek sprzeczne ze zdrowym rozsądkiem, jest jednak często bardzo praktyczne i ułatwia obliczenia stechiometryczne.

Wzór:

$C_{p}=\frac{m_{s}}{m_{r}}\cdot 100% =\frac{m_{s}}{m_{s}+m_{rozp}} \cdot 100%$

gdzie:

$C_{p}$ to stężenie procentowe [%]

$m_{s}$ to masa substancji rozpuszczanej [g]

$m_{r}$ to masa roztworu [g]

$m_{rozp}$ to masa rozpuszczalnika [g]

Zapoznaj się również z: ppb, ppm, stężenie molowe.