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質量パーセント濃度とモル濃度の変換・規定度N・ppmについて

2022年10月14日 / 最終更新日時 : 2022年10月21日桑子研科学一般

質量パーセント濃度とモル濃度の変換・規定度N・ppmについて

ケン博士

サイエンストレーナーの桑子研です。このサイトで科学を一緒に楽しみましょう。

中学校で薬品を使うときに、教科書などでは #質量パーセント濃度で書かれていることが多く、実際の実験マニュアルや論文には #モル濃度で書かれていることが多くあります。そこで濃度の変換についてまとめておこうと思います。計算方法をわかっていると、便利ですし、何より安心ですよね。なお、実際の希釈の方法については、こちらをご覧ください。

塩酸・硫酸・アンモニア・塩化銅の希釈の方法

質量パーセント濃度も、モル濃度も

　溶質　÷　溶液　

であることは同じですが、それらの単位が異なります。質量パーセント濃度は、

溶質（ｇ）÷　溶液（ｇ）

で、モル濃度は、

溶質（mol）÷溶液（L）

です。たとえば2mol/Lの塩酸を質量パーセント濃度に変換してみましょう。こちらのサイトから計算結果をまず確認すると、質量パーセント濃度は2mol/Lのとき、７パーセントだそうです。

では計算していきましょう。塩酸HClの分子量は、水素と塩素がそれぞれ、H:1、Cl:35.5、なので、1+35.5=36.5　です。塩酸（2mol/L）の密度は、上記のように1.03g/cm3なので、

溶質2mol→2×36.5=73g

溶液1L→1000cm3→密度をかけると→1030 g

となります。溶液１L（1030g）あたり、塩化水素が７３g溶けていることになるので、質量パーセント濃度は、

73(g)÷1030(g)= 0.070（=7％）

となり、上記早見表の値と一致します。

逆の計算もしてみましょう。質量パーセント濃度からモル濃度へも、それぞれ変換をしていけば戻すことができますよね。

例えば

　塩酸７％　密度1.03g/ml

これについて、モル濃度を求めてみましょう。モル濃度は1Lあたりが大切なので、１リットル当たりで溶質が何モルとけているのかを考えていきます。密度をつかって考えると、溶液１Lということは

　溶液　1000cm3→1030g

1030gであることがわかります。この7%が溶質の量なので、

　溶質　1030g×0.070=72.1g

溶質が72.1g溶けています。これを塩化水素の分子量36.5で割ってmolにすると、

72.1(g)÷36.5→ 1.97（mol）

　溶液1Lあたり1.97mol溶けているので、濃度はおよそ2mol/Lですね。

よく使う薬品で、塩酸と水酸化ナトリウムについて、濃度変換ソフトを作ってくださった方がいるようです。こちらを使って確かめてみてもいいですね。

https://keisan.casio.jp/menu/person/TaikiIkekame

　使い方としては、例えば塩酸の場合については、こちらを使って

https://keisan.casio.jp/exec/user/1480248881

　７パーセントといれて計算をすると、1.981mol/Lとすぐに値がでてきます。

塩酸と塩化水素について

なお、塩化水素（HCl）の水溶液（水に溶かしたもの）を #塩酸といいます。塩化水素HCl＝塩素Cl、と間違って覚えている生徒もいるので注意が必要です。

規定度について

#規定度は、「N」で表記されます。モル濃度に、酸・アルカリの価数をかけたものを規定度といいます。たとえば塩酸は価数が１なので、塩酸のモル濃度が１mol/Lなら、規定度Nは１となります。塩酸の濃度の早見表をみると、およそ質量パーセント濃度が4パーセントだと、1mol/Lなので、規定度が１となります。なお、硫酸は価数が２なので、モル濃度×２となります。規定度について詳しくはこちらをご覧ください。

ppmについて

１００万分率のことを #ppm といいます。パーセントが100分率なのに対してppmは100万分率です。ppmは

　溶質の質量(mg)/溶液の質量(mg)×10^6

　で計算することができます。溶液１ｋｇの中に1 mgの溶質が溶けていれば、1 ppmとなります。とっても小さい量だということがわかりますね。こちらのサイトに想像できるようにまとめてあります。

例えば100万円のうちの１円などはわかりやすい気がしました。重さの１トンの中の１gというのもいいですね。また所属している研究会で聞いた話によると、お年玉年賀状の１等が当たる確率が１ppmだとのことです（調べてみました）。

水酸化ナトリウムの換算について

練習で #水酸化ナトリウムについても、質量パーセント濃度から、モル濃度へと換算してみましょう。２モルでやってみます。密度はこちらの表を参考にしました。表によると0.51mol/Lということになります。

まず2mol/Lなので、溶液１Lの質量は、1000mL×1.03g/mL＝1030gとなります。このときに含まれる溶質の量は2パーセントなので、

1030×0.02=20.6g

これをモル数にすると、分子量が40なので、

20.6/40=0.515

となり、１Lあたり0.515molなので、モル濃度は0.515となり、表の値と一致します。こちらのサイトで計算をしてみたところ、ほとんど一致しました。

水酸化ナトリウムの濃度変換　https://keisan.casio.jp/exec/user/1480256880

参考

私が執筆した高校物理復習帳の姉妹峰、高校化学復習帳もぜひ復習にお役立てください。電子版もあります。

中学校で使うことが多い塩酸は、濃塩酸を一気に薄めて使うといいそうです。10%の塩酸を作るには、体積比で濃塩酸1に対して水を⒊2加えるとできます。たとえば500㎤入りの濃塩酸を全て10%にするには、1600㎤の水で薄めるといいので、3リットルのポリエチレンの容器(amazon)に薄めて保管すると便利です。