第3章物質と溶液の組成
3.4 Other Units for Solution Concentrations3.4 溶液の濃度を表すほかの単位
Learning Objectives学習目標
By the end of this section, you will be able to:
この節を終えると、次のことができるようになる。
- Define the concentration units of mass percentage, volume percentage, mass-volume percentage, parts-per-million (ppm), and parts-per-billion (ppb)濃度の単位である質量百分率、体積百分率、質量体積百分率、百万分率（ppm）、十億分率（ppb）を定義する
- Perform computations relating a solution’s concentration and its components’ volumes and/or masses using these unitsこれらの単位を使い、溶液の濃度と各成分の体積や質量を関係づける計算を行う
The previous section introduced molarity, a very useful measurement unit for evaluating the concentration of solutions. However, molarity is only one measure of concentration. This section will describe some other units of concentration that are commonly used in various applications, either for convenience or by convention.
英語のヒント
前の節では、溶液の濃度を評価するのに非常に便利な単位であるモル濃度を紹介した。しかし、濃度の尺度はモル濃度だけではない。この節では、便利さや慣習により、さまざまな用途でよく使われるほかの濃度単位を説明する。
Mass Percentage質量百分率
Earlier in this chapter, percent composition was introduced as a measure of the relative amount of a given element in a compound. Percentages are also commonly used to express the composition of mixtures, including solutions. The mass percentage of a solution component is defined as the ratio of the component’s mass to the solution’s mass, expressed as a percentage:
この章の前半では、化合物中のある元素の相対量を表す尺度として、百分率組成を紹介した。百分率は、溶液を含む混合物の組成にもよく使われる。溶液のある成分の質量百分率は、その成分の質量と溶液全体の質量の比を百分率で表したものである。
Mass percentage is also referred to by similar names such as percent mass, percent weight, weight/weight percent, and other variations on this theme. The most common symbol for mass percentage is simply the percent sign, %, although more detailed symbols are often used including %mass, %weight, and (w/w)%. Use of these more detailed symbols can prevent confusion of mass percentages with other types of percentages, such as volume percentages (to be discussed later in this section).
英語のヒント
質量百分率は、英語ではmass percentageのほか、percent mass、percent weight、weight/weight percentなど、似た名称でも呼ばれる。記号は単に%とするのが最も一般的であるが、%mass、%weight、(w/w)%のように詳しく書くこともよくある。こうした明確な記号を使うと、この節で後ほど扱う体積百分率など、ほかの種類の百分率との混同を防げる。
Mass percentages are popular concentration units for consumer products. The label of a typical liquid bleach bottle (Figure 3.17) cites the concentration of its active ingredient, sodium hypochlorite (NaOCl), as being 7.4%. A 100.0-g sample of bleach would therefore contain 7.4 g of NaOCl.
英語のヒント
質量百分率は、消費者向け製品でよく使われる濃度の単位である。一般的な液体漂白剤のボトルのラベル（図3.17）には、有効成分の次亜塩素酸ナトリウム（NaOCl）の濃度が7.4%と記載されている。したがって、この漂白剤100.0 gにはNaOClが7.4 g含まれる。
Figure 3.17図 3.17
Liquid bleach is an aqueous solution of sodium hypochlorite (NaOCl). This brand has a concentration of 7.4% NaOCl by mass.
液体漂白剤は次亜塩素酸ナトリウム（NaOCl）の水溶液である。この製品は質量百分率でNaOClを7.4%含む。
Example 3.22例題 3.22
Calculation of Percent by Mass質量百分率の計算
A 5.0-g sample of spinal fluid contains 3.75 mg (0.00375 g) of glucose. What is the percent by mass of glucose in spinal fluid?
英語のヒント
髄液5.0 gにグルコースが3.75 mg（0.00375 g）含まれている。髄液中のグルコースの質量百分率はいくらか。
Solution解答
The spinal fluid sample contains roughly 4 mg of glucose in 5000 mg of fluid, so the mass fraction of glucose should be a bit less than one part in 1000, or about 0.1%. Substituting the given masses into the equation defining mass percentage yields:
髄液5000 mg中にグルコースがおよそ4 mgあるため、グルコースの質量割合は1000分の1より少し小さく、約0.1%となるはずである。与えられた質量を質量百分率の定義式に代入すると、次のようになる。
The computed mass percentage agrees with our rough estimate (it’s a bit less than 0.1%).
計算した質量百分率は0.1%より少し小さく、大まかな見積もりと一致する。
Note that while any mass unit may be used to compute a mass percentage (mg, g, kg, oz, and so on), the same unit must be used for both the solute and the solution so that the mass units cancel, yielding a dimensionless ratio. In this case, the solute mass unit in the numerator was converted from mg to g to match the units in the denominator. Alternatively, the spinal fluid mass unit in the denominator could have been converted from g to mg instead. As long as identical mass units are used for both solute and solution, the computed mass percentage will be correct.
英語のヒント
質量百分率の計算には、mg、g、kg、ozなど、どの質量単位を使ってもかまわない。ただし、単位が打ち消し合って無次元の比になるよう、溶質と溶液には同じ単位を使う必要がある。この例では、分母の単位に合わせて、分子の溶質の質量をmgからgへ換算した。逆に、分母の髄液の質量をgからmgへ換算してもかまわない。溶質と溶液の質量単位が同じなら、正しい質量百分率が得られる。
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A bottle of a tile cleanser contains 135 g of HCl and 775 g of water. What is the percent by mass of HCl in this cleanser?
タイル用洗浄剤1瓶にHClが135 g、水が775 g含まれている。この洗浄剤中のHClの質量百分率はいくらか。
Example 3.23例題 3.23
Calculations using Mass Percentage質量百分率を使う計算
“Concentrated” hydrochloric acid is an aqueous solution of 37.2% HCl that is commonly used as a laboratory reagent. The density of this solution is 1.19 g/mL. What mass of HCl is contained in 0.500 L of this solution?
「濃塩酸」は、実験用試薬としてよく使われるHCl 37.2%の水溶液である。密度は1.19 g/mLである。この溶液0.500 Lに含まれるHClの質量はいくらか。
Solution解答
The HCl concentration is near 40%, so a 100-g portion of this solution would contain about 40 g of HCl. Since the solution density isn’t greatly different from that of water (1 g/mL), a reasonable estimate of the HCl mass in 500 g (0.5 L) of the solution is about five times greater than that in a 100 g portion, or 5 40 = 200 g. In order to derive the mass of solute in a solution from its mass percentage, the mass of the solution must be known. Using the solution density given, convert the solution’s volume to mass, and then use the given mass percentage to calculate the solute mass. This mathematical approach is outlined in this flowchart:
HClの濃度は40%近くなので、溶液100 gには約40 gのHClが含まれる。溶液の密度は水の1 g/mLと大きくは違わないため、溶液500 g（0.5 L）中のHClの質量は、100 g中のおよそ5倍、つまり5 40 = 200 gと見積もれる。質量百分率から溶質の質量を求めるには、溶液の質量を知る必要がある。与えられた密度を使って溶液の体積を質量に換算し、次に質量百分率を使って溶質の質量を計算する。この方法をフローチャートにすると、次のようになる。
For proper unit cancellation, the 0.500-L volume is converted into 500 mL, and the mass percentage is expressed as a ratio, 37.2 g HCl/g solution:
単位を正しく打ち消すため、体積0.500 Lを500 mLに換算し、質量百分率は37.2 g HCl/g溶液という比で表す。
This mass of HCl is consistent with our rough estimate of approximately 200 g.
このHClの質量は、約200 gという大まかな見積もりと一致する。
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What volume of concentrated HCl solution contains 125 g of HCl?
HClを125 g含む濃塩酸の体積はいくらか。