В статье рассматривается такое понятие, как массовая доля. Приводятся способы ее вычисления. Также описаны определения сходных по звучанию, но отличных по физическому смыслу величин. Это массовые доли для элемента и выхода.

Колыбель жизни - раствор

Вода - источник жизни на нашей прекрасной голубой планете. Это выражение можно встретить довольно часто. Однако мало кто, кроме специалистов, задумывается: на самом деле субстратом для развития первых биологических систем стал раствор веществ, а не химически чистая вода. Наверняка в популярной литературе или передаче читатель встречал выражение «первичный бульон».

Об источниках, давших толчок развитию жизни в виде сложных органических молекул, до сих пор спорят. Некоторые даже предполагают не просто естественное и весьма удачное стечение обстоятельств, а космическое вмешательство. Причем речь идет вовсе не о мифических пришельцах, а о специфических условиях для создания этих молекул, которые могут существовать только на поверхности малых космических тел, лишенных атмосферы, - кометах и астероидах. Таким образом, было бы правильнее говорить, что раствор органических молекул - колыбель всего живого.

Вода как химически чистое вещество

Несмотря на огромные соленые океаны и моря, пресные озера и реки, в химически чистом виде вода встречается крайне редко, в основном в специальных лабораториях. Напомним, в отечественной научной традиции химически чистое вещество - это субстанция, которая содержит не более десяти в минус шестой степени массовой доли примесей.

Получение абсолютно свободной от посторонних компонентов массы требует невероятных затрат и редко себя оправдывает. Применяется только в отдельных производствах, где даже один посторонний атом может испортить эксперимент. Отметим, что полупроводниковые элементы, которые составляют основу сегодняшней миниатюрной техники (в том числе смартфоны и планшеты), к примесям очень чувствительны. В их создании как раз и нужны совершенно незагрязненные растворители. Однако по сравнению со всей жидкостью планеты это ничтожно мало. Как же так получается, что распространенная, пронизывающая нашу планету насквозь вода так редко встречается в чистом виде? Объясним чуть ниже.

Идеальный растворитель

Ответ на поставленный в предыдущем разделе вопрос невероятно прост. Вода имеет полярные молекулы. Это значит, что в каждой мельчайше частице этой жидкости положительный и отрицательный полюсы не намного, но разнесены. При этом структуры, возникающие даже в жидкой воде, создают дополнительные (так называемые водородные) связи. И в общей сложности это дает следующий результат. Попадающее в воду вещество (не важно, какой заряд оно имеет) растаскивается молекулами жидкости. Каждая частичка растворенной примеси обволакивается либо отрицательными, либо положительными сторонами молекул воды. Таким образом, эта уникальная жидкость способна растворять очень большое количество самых разнообразных веществ.

Понятие массовой доли в растворе

Получающийся раствор содержит некоторую часть примеси, имеющей название "массовая доля". Хотя такое выражение встречается не часто. Обычно используется другой термин - "концентрация". Массовая доля определяется конкретным соотношением. Формульное выражение приводить не будем, оно достаточно простое, объясним лучше физический смысл. Это соотношение двух масс - примеси к раствору. Массовая доля - величина безразмерная. Выражается по-разному в зависимости от конкретных задач. То есть в долях единицы, если в формуле есть только соотношение масс, и в процентах - если результат умножается на 100%.

Растворимость

Помимо Н 2 О применяются и другие растворители. Кроме того, есть вещества, которые принципиально не отдают свои молекулы воде. Зато с легкостью растворяются в бензине или горячей серной кислоте.

Существуют специальные таблицы, которые показывают, сколько того или иного материала останется в жидкости. Этот показатель называется растворимостью, и он зависит от температуры. Чем она выше, тем активнее двигаются атомы или молекулы растворителя, и тем больше примеси он способен поглотить.

Варианты определения доли растворенного вещества в растворе

Так как задачи у химиков и технологов, а также инженеров и физиков могут быть разными, часть растворенного вещества в воде определяется по-разному. Объемная доля вычисляется как объем примеси к общему объему раствора. Используется другой параметр, однако принцип остается тем же.

Объемная доля сохраняет безразмерность, выражаясь либо в долях единицы, либо в процентах. Молярность (по-другому еще называется "молярная объемная концентрация") - это число молей растворенного вещества в заданном объеме раствора. В этом определении участвуют уже два различных параметра одной системы, и размерность у данной величины другая. Она выражается в молях на литр. На всякий случай напомним, что моль - это количество вещества, содержащего примерно десять в двадцать третьей степени молекул или атомов.

Понятие массовой доли элемента

Эта величина имеет лишь косвенное отношение к растворам. Массовая доля элемента отличается от рассмотренного выше понятия. Любое сложное химическое соединение состоит из двух или более элементов. Каждый обладает своей относительной массой. Эту величину можно найти в химической системе Менделеева. Там она указана в нецелых числах, но для приблизительных задач значение можно округлить. В состав сложного вещества входит определенное количество атомов каждого вида. Например, в воде (Н 2 О) два атома водорода и один кислорода. Соотношение между относительной массой всего вещества и данного элемента в процентах и будет составлять массовую долю элемента.

Для неискушенного читателя эти два понятия могут показаться близкими. И достаточно часто их путают между собой. Массовая доля выхода относится не к растворам, а к реакциям. Любой химический процесс всегда протекает с получением конкретных продуктов. Их выход рассчитывается по формулам в зависимости от реагирующих веществ и условий процесса. В отличие от просто массовой доли, эту величину не так просто определить. Теоретические расчеты предлагают максимально возможное количество вещества продукта реакции. Однако практика всегда дает немного меньшее значение. Причины такого расхождения кроются в распределении энергий среди даже сильно нагретых молекул.

Таким образом, всегда найдутся наиболее «холодные» частицы, которые не смогут вступить в реакцию и останутся в первоначальном состоянии. Физический смысл массовой доли выхода состоит в том, какой процент составляет реально полученное вещество от теоретически рассчитанного. Формула невероятно проста. Масса практически полученного продукта делится на массу практически рассчитанного, все выражение умножается на сто процентов. Массовая доля выхода определяется по количеству молей реагирующего вещества. Не стоит забывать об этом. Дело в том, что один моль вещества - определенное количество его атомов или молекул. По закону сохранения вещества из двадцати молекул воды не может получиться тридцать молекул серной кислоты, поэтому задачи вычисляются именно так. Из количества молей исходного компонента выводят массу, которая теоретически возможна для результата. Затем, зная, сколько продукта реакции на самом деле было получено, по описанной выше формуле определяют массовую долю выхода.

Химия - однозначно интересная наука. Несмотря на всю свою сложность, она позволяет нам лучше понимать природу окружающего нас мира. И более того - хотя бы элементарные познания в этом предмете серьезно помогают в повседневной жизни. К примеру, определение массовой доли вещества в многокомпонентной системе, то есть отношение массы какого-либо компонента к общей массе всей смеси.

Необходимо:

— калькулятор;
— весы (если вам предварительно нужно определить массы всех компонентов смеси);
— периодическая система элементов Менделеева.

Инструкции:

• Итак, вам стало необходимо определить массовую долю вещества. С чего начать? Прежде всего это зависит от конкретной задачи и от имеющихся под рукой средств для работы. Но в любом случае, чтобы определить содержание компонента в смеси, вам необходимо знать его массу и общую массу смеси. Сделать это можно либо на основе известных данных, либо на основе собственных исследований. Для этого вам понадобится взвесить на лабораторных весах добавляемый компонент. После того, как смесь будет приготовлена, взвесьте ее также.
• Массу нужного вещества запишите как «m «, суммарную массу системы поставьте под обозначение «M «. В этом случае, формула массовой доли вещества примет следующий вид: W=(m/M)*100. Полученный результат записывается в процентах.
• Пример: рассчитать массовую долю 15 грамм поваренной соли, растворенной в 115 г воды . Решение: суммарная масса раствора определяется по формуле M=m в +m c , где m в - масса воды, m c - масса поваренной соли. Из несложных вычислений можно определить, что общая масса раствора составляет 130 грамм . По приведенной выше формуле определения получим, что содержание поваренной соли в растворе будет равно W=(15/130)*100=12% .
• Более частным ситуацией является необходимость определения массовой доли химического элемента в веществе . Определяется она точно также. Главный принцип расчета останется тем же, только вместо массы смеси и конкретного компонента вам придется иметь дело с молекулярными массами химических элементов.
• Всю необходимую информацию можно найти в периодической системе Менделеева. Разложите химическую формулу вещества на основные компоненты. При помощи таблицы Менделеева определите массу каждого элемента. Просуммировав их, получите молекулярную массу вашего вещества (М ). Аналогично предыдущему случаю, массовая доля вещества, а если быть более точным - элемента будет определяться отношением его массы к молекулярной массе. Формула примет следующий вид W=(m a /M)*100. Где m a — атомная масса элемента, М - молекулярная масса вещества.
• Рассмотрим этот случай на конкретно примере. Пример: определить массовую долю калия в поташе . Поташ - карбонат калия. Его формула K 2 CO 3 . Атомная масса калия - 39 , углерода - 12 , кислорода - 16 . Молекулярная масса карбоната будет определяться следующим образом - М = 2m K +m C +2m O = 2*39+12+2*16 = 122 . Молекула карбоната калия вмещает два атома калия с атомной массой, равной 39 . Массовая доля калия в веществе будет определяться по формуле W = (2m K /M)*100 = (2*39/122)*100 = 63,93% .

Массовая доля элемента в веществе – это одна из тем, которая входит в курс химии. Навыки и умения по определению этого параметра могут пригодиться при проверке знаний во время контрольных и самостоятельных работ, а также на ЕГЭ по химии.

Вам понадобится

• - периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева

Инструкция

• Для того что рассчитать массовую долю , необходимо предварительно найдите относительную атомную массу (Ar) искомого элемента, а также относительную молекулярную массу (Mr) вещества. Далее примените формулу, по которой и определяется массовая доля элемента (W)W = Ar (х) / Mr х 100 %, в которойW - массовая доля элемента (измеряется в долях или %);Ar (х) - относительная атомная масса элемента;Mr - относительная молекулярная масса вещества.Для определения относительной атомной и молекулярной массы воспользуйтесь периодической системой химических элементов Д.И. Менделеева. При вычислениях обязательно учитывайте число атомов каждого элемента.
• Пример № 1. Определите массовую долю водорода в воде.Найдите по таблице Д.И. Менделеева относительную атомную массу водородаAr (H) = 1. Так как в формуле 2 атома водорода, следовательно, 2Ar (H) = 1 х 2 = 2Вычислите относительную молекулярную массу воды (H2O), которая складывается из 2 Ar (H) и 1 Ar (O).Mr (H2O) = 2Ar (H) + Ar (O)Ar (O) = 16, следовательноMr (H2O) = 1 х 2 + 16 = 18
• Запишите общую формулу определения массовой доли элемента W = Ar (х) / Mr х 100 %Теперь запишите формулу, применительно к условию задачиW (H) = 2 Ar (H) / Mr (H2O) х 100 %Сделайте вычисленияW (H) = 2 / 18 х 100 % = 11,1 %
• Пример № 2. Определите массовую долю кислорода в сульфате меди (CuSO4).Найдите по таблице Д.И. Менделеева относительную атомную массу кислородаAr (О) = 16. Так как в формуле 4 атома кислорода, следовательно, 4 Ar (О) = 4 х 16 = 64Вычислите относительную молекулярную массу сульфата меди (CuSO4), которая складывается из 1 Ar (Cu), 1 Ar (S) и 4 Ar (O).Mr (CuSO4) = Ar (Cu) + Ar (S) + 4 Ar (O).Ar (Cu) = 64 Ar (S) = 324 Ar (O) = 4 х 16 = 64, следовательноMr (CuSO4) = 64 + 32 + 64 = 160
• Запишите общую формулу определения массовой доли элемента W = Ar (х) / Mr х 100 %Теперь запишите формулу, применительно к условию задачиW (О) = 4 Ar (О) / Mr (CuSO4) х 100 %Сделайте вычисленияW (О) = 64 / 160 х 100 % = 40 %

Инструкция

Массовая доля вещества находится по формуле: w = m(в)/m(см), где w – массовая доля вещества, m(в) – масса вещества, m(см) – масса смеси. Если же растворено, то выглядит так: w = m(в)/m(р-ра), где m(р-ра) – масса раствора. Массу раствора при необходимости тоже можно найти: m(р-ра) = m(в) + m(р-ля), где m(р-ля) – масса растворителя. При желании массовую долю можно умножить на 100%.

Если в условии задачи не дано значения массы, то его можно рассчитать с помощью нескольких формул, выбрать нужную помогут величины данные в условии. Первая формула для : m = V*p, где m – масса, V – объем, p – плотность. Следующая формула выглядит так: m = n*M, где m – масса, n – количество вещества, M – молярная масса. Молярная масса в свою очередь складывается из атомных масс элементов, входящих в состав вещества.

Для лучшего понимания данного материала решим задачу. Смесь медных и магниевых опилок массой 1,5 г обработали избытком . В результате реакции водород объемом 0,56 л (). Вычислите массовую долю меди в смеси.
В этой задаче проходит , записываем ее уравнение. Из двух веществ с избытком соляной кислоты только магний: Mg + 2HCl = MgCl2 + H2. Чтобы найти массовую долю меди в смеси, необходимо подставить значения в следующую формулу: w(Cu) = m(Cu)/m(см). Масса смеси дана, найдем массу меди: m(Cu) = m(см) – m(Mg). Ищем массу : m(Mg) = n(Mg)*M(Mg). Найти количество вещества магния поможет уравнение реакции. Находим количество вещества водорода: n = V/Vm = 0,56/22,4 = 0,025 моль. По уравнению видно, что n(H2) = n(Mg) = 0,025 моль. Рассчитываем массу магния, зная что молярная равна 24 г/моль: m(Mg) = 0,025*24 = 0,6 г. Находим массу меди: m(Cu) = 1,5 – 0,6 = 0,9 г. Осталось вычислить массовую долю: w(Cu) = 0,9/1,5 = 0,6 или 60%.

Видео по теме

Обратите внимание

Массовая доля не может быть больше единицы или, если она выражается в процентах, больше 100%.

Источники:

• "Пособие по химии", Г.П. Хомченко, 2005.
• Вычисление доли продаж по региону

Массовая доля показывает в процентах или в долях содержание вещества в каком–либо растворе или элемента в составе вещества. Умение вычислить массовую долю полезно не только на уроках химии, но и когда вы хотите приготовить раствор или смесь, например, в кулинарных целях. Или изменить процентное отношение, в уже имеющемся у вас составе.

Инструкция

К примеру, вам на зиму необходим минимум в 15 куб. метров березовых дров.
Ищите в справочной плотность березовых дров. Это: 650 кг/м3.
Вычисляйте массу, подставив значения в ту же формулу удельной плотности.

m = 650*15 = 9750 (кг)

Теперь, исходя из грузоподъемности и вместимости кузова, вы можете определиться с видом транспортного средства и количеством поездок.

Видео по теме

Обратите внимание

Люди постарше больше знакомы с понятием удельного веса. Удельная плотность вещества – это то же, что и удельный вес.

Массовая доля вещества показывает его содержание в более сложной структуре, например, в сплаве или смеси. Если известна общая масса смеси или сплава, то зная массовые доли составляющих веществ можно найти их массы. Найти массовую долю вещества, можно зная его массу и массу всей смеси. Эта величина, может выражаться в дольных величинах или процентах.

Вам понадобится

• весы;
• периодическая таблица химических элементов;
• калькулятор.

Инструкция

Определите массовую долю вещества, которое находится в смеси через массы смеси и самого вещества. Для этого с помощью весов определите массы , составляющих смесь или . Затем сложите их. Полученную массу примите за 100%. Чтобы найти массовую долю вещества в смеси, поделите его массу m на массу смеси M, а результат умножьте на 100% (ω%=(m/M)∙100%). Например, в 140 г воды растворяют 20 г поваренной соли. Чтобы найти массовую долю соли, сложите массы этих двух веществ М=140+20=160 г. Затем найдите массовую долю вещества ω%=(20/160)∙100%=12,5%.

Если требуется найти или массовую долю элемента в веществе с известной формулой, воспользуйтесь периодической таблицей элементов. По ней найдите атомные массы элементов, которые в вещества. Если один в формуле несколько раз, умножьте его атомную массу на это число и сложите полученные результаты. Это будет молекулярная масса вещества. Чтобы найти массовую долю любого элемента в таком веществе, поделите его массовое число в данной химической формуле M0 на молекулярную массу данного вещества M. Результат множьте на 100 % (ω%=(M0/M)∙100%).

Например, определите массовую долю химических элементов в медном купоросе. Медный (сульфат меди II), имеет химическую формулу CuSO4. Атомные массы элементов, входящих в его состав равны Ar(Cu)=64, Ar(S)=32, Ar(O)=16, массовые числа этих элементов будут равны M0(Cu)=64, M0(S)=32, M0(O)=16∙4=64, с учетом того, что в молекуле содержится 4 атома . Рассчитайте молекулярную массу вещества, она равна сумме массовых чисел составляющих молекулу веществ 64+32+64=160. Определите массовую долю меди (Cu) в составе медного купороса (ω%=(64/160)∙100%)=40%. По такому же принципу можно определить массовые доли всех элементов в этом веществе. Массовая доля серы (S) ω%=(32/160)∙100%=20 %, кислорода (О) ω%=(64/160)∙100%=40%. Обратите внимание на то, что сумма всех массовых долей вещества должна составить 100%.