كيفية حساب نسبة الكتلة في الكيمياء

تعريف نسبة الكتلة

تُستخدم نسبة الكتلة للتعبير عن تركيز المكون في خليط معين، حيث يمكن وصف تركيبة المحلول باستخدام النسبة المئوية الكتلية، والتي توضح كتلة المادة المذابة الموجودة في كتلة محددة من المحلول.

يتم تعبير عن كمية المذاب بالكتلة، وفيما يتعلق بالمحلول، يتم وصف النسبة المئوية للكتلة على أنها عدد جرامات المذاب لكل جرام من المحلول، مضروبة في 100 للحصول على النسبة المئوية.

وحدة قياس الكتلة

الكتلة تعني كمية المادة في الجسم، ووحدة الكتلة في النظام الدولي هي الكيلوغرام (kg)، وعلى الرغم من استخدام الجرام (g) بشكل شائع في المختبرات لقياس الكميات الأصغر.

الفرق بين الكتلة والوزن

غالبًا ما يخلط الناس بين الوزن والكتلة، حيث يتعلق الوزن بالقوة التي تؤثر على الجسم كمقياس للكتلة والجاذبية.

الوزن = الكتلة × الجاذبية (3)

الوزن = ملجم

وبالتالي، يختلف الوزن بسبب التغيرات في الجاذبية والتسارع، فعلى سبيل المثال، فإن كتلة مكعب 1 كجم ستبقى تساوي 1 كجم سواء كانت على قمة جبل أو قاع البحر أو على سطح القمر، ولكن وزنها سيختلف.

يتضمن الفرق الأساسي الآخر بين الكتلة والوزن طريقة قياسهما، حيث يتم قياس الوزن باستخدام مقياس، بينما يتم قياس الكتلة باستخدام ميزان. كما يخلط الناس في بعض الأحيان بين الكتلة والوزن، يخلطون أيضًا بين الميزان والتوازنات، فالميزان يتعامل مع تأثيرات الجاذبية بينما يعتمد التوازن على العلاقة بين القوى.

كيفية حساب نسبة الكتلة

نسبة الكتلة تخبرك النسبة المئوية لكل عنصر يتكون من مركب كيميائي، وهذا يتطلب إيجاد نسبة الكتلة المولية للعناصر في المركب بالجرام / المول أو عدد الجرامات المستخدمة في صنع المحلول، ثم يتم حسابه ببساطة باستخدام صيغة أساسية تقسم كتلة العنصر (أو المذاب) على كتلة المركب (أو المحلول).

طرق حساب نسبة الكتلة

هناك طريقتين لحساب نسبة الكتلة وهما:

حل نسبة الكتلة عند إعطاء الكتل

وهي تتكون من 5 خطوات وهم:

1- حدد معادلة نسبة الكتلة للمركب

الصيغة الأساسية لنسبة الكتلة للمركب هي: يتم حساب النسبة المئوية للكتلة عن طريق ضرب كتلة المادة الكيميائية على الكتلة الكلية للمركب، ومن ثم ضرب النتيجة في 100 للتعبير عن القيمة كنسبة مئوية.

اكتب المعادلة في بداية كل مسألة: يتم حساب نسبة الكتلة بالطريقة التالية: (كتلة المادة الكيميائية / الكتلة الكلية للمركب) × 100، ويجب أن تكون كل من القيمتين بالجرام حتى تتم إزالتهما من المعادلة.

إذا لم يتم تحديد كتلة المادة الكيميائية في المسألة، فعليك الرجوع إلى القسم التالي الذي يتحدث عن حساب نسبة الكتلة عندما لا تُعطى الكتلة، حيث أن الكتلة المعطاة في المسألة هي التي يجب الاهتمام بها.

يتم حساب الكتلة الكلية للمركب عن طريق جمع كتل جميع المواد الكيميائية المستخدمة في تكوين المركب أو المحلول.

2- احسب الكتلة الكلية للمركب

عندما تعرفين كتل كل العناصر أو المركبات التي يتم جمعها معًا، يمكنك ببساطة جمعها معًا لحساب الكتلة الإجمالية للمركب أو المحلول النهائي، وهذا هو المقصود بحساب نسبة الكتلة.

مثال 1: ما هي النسبة المئوية لكتلة 5 جرام من هيدروكسيد الصوديوم المذابة في 100 جرام من الماء؟

الكتلة الكلية للمركب هي كمية هيدروكسيد الصوديوم مضافًا إليها كمية الماء: 100 جم + 5 جم = الكتلة الإجمالية 105 جم.

مثال 2: ما هي كتلة الماء وكلوريد الصوديوم اللازمة لصنع 175 جم من محلول 15٪

في هذا المثال، يتم توفير الكتلة الإجمالية والنسبة المئوية المطلوبة، ولكن يتعين عليك العثور على كمية المذاب المطلوبة لإضافتها إلى المخلوط، حيث يبلغ الوزن الإجمالي 175 جرامًا.

3- حدد كتلة المادة الكيميائية المعنية

عندما يُطلب منك إيجاد “نسبة الكتلة”، يُطلب منك إيجاد الكتلة النسبية لمادة كيميائية محددة (المادة الكيميائية المعينة) كنسبة مئوية من الكتلة الإجمالية لجميع العناصر.

مثال 1: كتلة المادة الكيميائية هي 5 جرام من هيدروكسيد الصوديوم.

مثال 2: في هذا المثال، المجهول هو كتلة المادة الكيميائية التي يتم حسابها.

4- استبدال المتغيرات في معادلة نسبة الكتلة

عند تحديد القيم لكل متغير، يمكنك استخدامها في التعويض في المعادلة.

مثال 1: نسبة الكتلة = (كتلة المادة الكيميائية / الكتلة الكلية للمركب) × 100 = (5 جرام / 105 جرام) × 100.

مثال 2: نريد إعادة ترتيب معادلة نسبة الكتلة لحساب الكتلة المجهولة للمادة الكيميائية: كتلة المادة الكيميائية = (نسبة الكتلة × الكتلة الإجمالية للمركب) ÷ 100 = (15 × 175) ÷ 100.

5- احسب نسبة الكتلة

عندما يتم حل المعادلة وتعرف قيمة الكتلة، يمكن بسهولة حساب نسبة الكتلة، وذلك من خلال قسمة كتلة المادة الكيميائية على الكتلة الكلية للمركب وضربها في 100، وهذا سيعطيك نسبة الكتلة للمادة الكيميائية.

المثال 1: يتم حساب النسبة المئوية الكتلية لـ 5 جرام من هيدروكسيد الصوديوم المذاب في 100 جرام من الماء بقسمة 5 على 105، مما يعطي 0.04761، وبالتالي فإن النسبة المئوية الكتلية هي 4.761٪.

مثال 2: المعادلة المعاد ترتيبها لحساب كتلة المادة الكيميائية هي (نسبة الكتلة × الكتلة الكلية للمركب) ÷ 100: (15 × 175) ÷ 100 = (2625) ÷ 100 = 26.25 جرامًا من كلوريد الصوديوم.

يتم حساب كمية الماء التي يجب إضافتها ببساطة عن طريق طرح كتلة المادة الكيميائية من الكتلة الإجمالية: 175 – 26.25 = 148.75 غرامًا من الماء.

حل النسبة المئوية للكتلة عند عدم إعطاء كتل

وتتكون من 8 خطوات وهم:

1- حدد معادلة نسبة الكتلة للمركب

الصيغة الأساسية لنسبة الكتلة للمركب هي: نسبة الكتلة = (الكتلة المولية للعنصر / الكتلة الجزيئية الكلية للمركب) × 100.

– تشير الكتلة المولية للمركب إلى كتلة مول واحد من العنصر، بينما تشير الكتلة الجزيئية إلى كتلة مول واحد من المركب ككل، ويتم ضربها في النهاية بمقدار 100 للتعبير عنها كنسبة مئوية.

اكتب المعادلة في بداية كل مسألة: نسبة الكتلة = (الكتلة المولية للعنصر / الكتلة الجزيئية الكلية للمركب) × 100.

تكون كلتا القيمتين بوحدات جرام لكل مول (جم / مول)، مما يعني أن الوحدات ستتم إلغاءها بعضها بعضًا عند حل المعادلة.

في حالة عدم توفر الكتلة، يمكنك حساب النسبة المئوية لكتلة العنصر داخل المركب باستخدام الكتلة المولية، يجب عليك تنفيذ عملية `التحويل من المول إلى الكتلة`

مثال 1: احسب نسبة كتلة الهيدروجين في جزيء الماء.

مثال 2: يمكن حساب نسبة الكربون في جزيء الجلوكوز.

2- اكتب الصيغة الكيميائية

إذا لم يتم تزويدك بالصيغ الكيميائية لجميع المركبات، فيجب عليك كتابتها بنفسك، وإذا تم تزويدك بتلك الصيغ، يمكنك تخطي هذه الخطوة والانتقال إلى الخطوة التالية وهي “العثور على كتلة كل عنصر.

مثال 1: اكتب الصيغة الكيميائية للماء ، H2O.

مثال 2: اكتب الصيغة الكيميائية للجلوكوز ، C6H12O6.

3- أوجد كتلة كل عنصر في المركب

ابحث عن الوزن الجزيئي لكل عنصر في الصيغ الكيميائية في الجدول الدوري. يمكن العثور على كتلة العنصر عادة أسفل الرمز الكيميائي. اكتب كتلة كل عنصر في المركب.

مثال 1: يمكن البحث عن الوزن الجزيئي للأكسجين، الذي يبلغ 15.9994، والوزن الجزيئي للهيدروجين، الذي يبلغ 1.0079

مثال 2: البحث عن الأوزان الجزيئية للكربون والأكسجين والهيدروجين وهي 12.0107 و15.9994 و1.0079 على التوالي.

4- اضرب الكتل في النسبة المولية

يتم تحديد عدد المولات لكل عنصر في مركباتك الكيميائية، ويتم الحصول على النسبةالمولية عن طريق الرقم السفلي في المركب، ومن ثم يتم ضرب الكتلة الجزيئية لكل عنصر في هذه النسبة المولية.

مثال 1: يحتوي الهيدروجين على عدد أقل من الذرات المنخفضة بمقدار 2 عن الأكسجين، لذلك يتم ضرب الكتلة الجزيئية للهيدروجين بمقدار 2، 1.00794 × 2 = 2.01588، ويُترك الكتلة الجزيئية للأكسجين كما هي 15.9994 (مضروبة في واحد).

مثال 2: يحتوي الكربون على علامة كيميائية 6 ، والهيدروجين يحمل 1 ، والأكسجين يحمل 8. عند ضرب كل عنصر برقمه السفلي في الرمز:

الكربون (12.0107 * 6) = 72.0642

الهيدروجين (1.00794 * 12) = 12.09528

الأكسجين (15.9994 * 6) = 95.9964

5- احسب الكتلة الكلية للمركب

يمكن جمع الكتلة الإجمالية لجميع العناصر في المركبات باستخدام الكتل المحسوبة باستخدام النسبة المولية، ويمكن حساب الكتلة الكلية للمركب بواسطة هذه الطريقة، وسيتم استخدام هذا العدد في معادلة نسبة الكتلة.

مثال 1: عندما تضيف 2.01588 جم/مول (الكتلة المولية لذرات الهيدروجين) إلى 15.9994 جم/مول (الكتلة المولية لذرات الأكسجين)، ستحصل على 18.01528 جم/مول.

مثال 2: يتم جمع جميع الأوزان الجزيئية المحسوبة: الكربون + الهيدروجين + الأكسجين = 72.0642 + 12.09528 + 95.9964 = 180.156 جم/مول.

6- حدد كتلة العنصر في السؤال

يقول النص: “عندما يُطلب منك حساب “نسبة الكتلة”، يطلب منك حساب كتلة عنصر محدد في مركب بنسبة مئوية معينة من الكتلة الكلية لجميع العناصر، ثم تُحدد كتلة العنصر المطلوب وتُدوَّن، والكتلة هي الكتلة المحسوبة باستخدام النسبة المولية، وهذا الرقم هو البسط في معادلة نسبة الكتلة.

مثال 1: تبلغ كتلة الهيدروجين في المركب 2.01588 جم / مول (كتلة مولية لذرات الهيدروجين).

مثال 2: يبلغ وزن كتلة الكربون في هذا المركب 72.0642 جم / مول (وهي كتلة ستة مولات من ذرات الكربون).

تعويض المتغيرات في معادلة نسبة الكتلة

بمجرد تحديد قيم كل متغير، يتم التعويض عنها في المعادلة المحددة في الخطوة الأولى: نسبة الكتلة = (الكتلة المولية للعنصر / الكتلة الجزيئية الكلية للمركب) × 100.

مثال 1: تتمثل نسبة الكتلة في الصيغة التالية: (الكتلة المولية للعنصر / إجمالي الكتلة الجزيئية للمركب) × 100 = (2.01588 / 18.01528) × 100.

مثال 2: نسبة الكتلة = (الكتلة المولية للعنصر / الكتلة الجزيئية الكلية للمركب) × 100 = (72.0642 / 180.156) × 100.

8- احسب نسبة الكتلة

بعد ملء المعادلة، يتم حلها بسهولة لحساب نسبة الكتلة، حيث يتم قسم كتلة العنصر على الكتلة الكلية للمركب ومن ثم ضربها في 100، للحصول على نسبة كتلة العنصر.

مثال 1: نسبة الكتلة = (2.01588 / 18.01528) × 100 = 0.11189 × 100 = 11.18٪. وبالتالي، فإن نسبة كتلة ذرات الهيدروجين في جزيء الماء هي 11.18٪.

مثال 2: نسبة الكتلة = (الكتلة المولية للعنصر / الكتلة الجزيئية الكلية للمركب) × 100 = (72.0642 / 180.156) × 100 = 0.4000 × 100 = 40.00٪، وبالتالي، نسبة كتلة ذرات الكربون في جزيء الجلوكوز هي 40.00٪.

أمثلة محلولة لصيغة نسبة الكتلة

احسب كمية NaOCl (6.15٪ بالكتلة) في 285 جرامًا من محلول الأوكسجين المبيض لوحة الإعلانات.

لحل هذه المسألة، يجب إعادة ترتيب المعادلة لتفكيك الجرامات المذابة.

نحن لدينا:-

• النسبة المئوية للكتلة = (كتلة المذابة / كتلة المحلول) × 100٪
• كمية المذاب = (النسبة المئوية للكتلة × جرام من المحلول) ÷ 100
• كمية المذاب المتحصلة = (6.15 × 285) / 100 = 17.52 جرام.

لذلك، كمية الذوبان المذابة تبلغ 17.52 جرام.

ما هي النسبة المئوية لكتلة 5 جرام من الصودا الكاوية المذابة في 100 جرام من الماء؟

الحل: الخطوات كما يلي:-

• الكتلة الكلية للمركب هي أن كمية الصودا الكاوية زائد كمية الماء: ١٠٠ جم + ٥ جم للكتلةِ الكاملةِ ١٠٥ جم.

الكتلة المادة الكيميائية المدروسة الآن هي 5 جرامات من الصودا الكاوية.

• نسبة الكتلة = (كتلة المادة الكيميائية / الكتلة الكلية للمركب) × 100 = (5 جرام / 105 جرام) × 100.

(5/105) × 100 = 0.04761 × 100 = 4.761٪.

لذلك، فإن النسبة المئوية لكتلة 5 جرام من الصودا الكاوية المذابة في 100 جرام من الماء هي 4.761٪.