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()÷ 溶液(

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

 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。

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