Κλάσμα μάζας (χημεία)

Στη χημεία, το κλάσμα μάζας (mass fraction) μιας ουσίας μέσα σε ένα μείγμα είναι ο λόγος $w_{i}$ (εναλλακτικά συμβολίζεται με $Y_{i}$) της μάζας $m_{i}$ αυτής της ουσίας προς τη συνολική μάζα $m_{\text{ολική}}$ του μείγματος. Εκφρασμένο ως τύπος, το κλάσμα μάζας είναι:

$w_{i}={\frac {m_{i}}{m_{\text{tot}}}}.$

Επειδή οι μεμονωμένες μάζες των συστατικών ενός μείγματος αθροίζονται σε $m_{\text{ολική}}$, τα κλάσματα μάζας τους αθροίζονται σε μονάδα:

$\sum _{i=1}^{n}w_{i}=1.$

Το κλάσμα μάζας μπορεί επίσης να εκφραστεί, με παρονομαστή 100, ως ποσοστό κατά μάζα (σε εμπορικά πλαίσια ονομάζεται συχνά ποσοστό κατά βάρος, με συντομογραφία % κ. β. ή % w/w•ή wt.%. Είναι ένας τρόπος έκφρασης της σύστασης ενός μείγματος σε αδιάστατο μέγεθος γραμμομοριακό κλάσμα (ποσοστό κατά γραμμομόρια, mol%) και κλάσμα όγκου ποσοστό κατά όγκο, vol%) είναι άλλοι τρόποι.

Όταν αυτό που μας ενδιαφέρουν είναι οι μάζες των μεμονωμένων χημικών στοιχείων, και όχι ενώσεων ή άλλων ουσιών, ο όρος κλάσμα μάζας μπορεί επίσης να αναφέρεται στην αναλογία της μάζας ενός στοιχείου προς τη συνολική μάζα ενός δείγματος. Σε αυτά τα πλαίσια, ένας εναλλακτικός όρος είναι ποσοστό μάζας σύστασης (mass percent composition). Το κλάσμα μάζας ενός στοιχείου σε μια ένωση μπορεί να υπολογιστεί από τον εμπειρικό τύπο της ένωσης. ή τον χημικό τύπο της.

Ορολογία

Στη θερμική μηχανική, η ποιότητα ατμών χρησιμοποιείται για το κλάσμα μάζας του ατμού (vapor) στον υδρατμό (steam).

Στα κράματα, ειδικά σε εκείνα των ευγενών μετάλλων, ο όρος καθαρότητα (fineness) χρησιμοποιείται για το κλάσμα μάζας του ευγενούς μετάλλου στο κράμα.

Ιδιότητες

Το κλάσμα μάζας είναι ανεξάρτητο από τη θερμοκρασία.

Σχετικά μεγέθη

Αναλογία ανάμειξης

Η ανάμειξη δύο καθαρών συστατικών μπορεί να εκφραστεί εισάγοντας την αναλογία ανάμειξης (mixing ratio) μαζών αυτών $r_{m}={\frac {m_{2}}{m_{1}}}$. Τότε τα κλάσματα μάζας των συστατικών θα είναι

${\begin{aligned}w_{1}&={\frac {1}{1+r_{m}}},\\w_{2}&={\frac {r_{m}}{1+r_{m}}}.\end{aligned}}$

Η αναλογία μάζας ισούται με την αναλογία των κλασμάτων μάζας των συστατικών:

${\frac {m_{2}}{m_{1}}}={\frac {w_{2}}{w_{1}}}$

λόγω της διαίρεσης τόσο του αριθμητή όσο και του παρονομαστή με το άθροισμα των μαζών των συστατικών.

Συγκέντρωση μάζας

Το κλάσμα μάζας ενός συστατικού σε ένα διάλυμα είναι ο λόγος της συγκέντρωσης μάζας αυτού του συστατικού ρ_i (πυκνότητα αυτού του συστατικού στο μείγμα) προς την πυκνότητα του διαλύματος $\rho$.

$w_{i}={\frac {\rho _{i}}{\rho }}.$

Μολαρική συγκέντρωση

Η σχέση με τη μοριακή συγκέντρωση είναι όπως αυτή που αναφέρθηκε παραπάνω, αντικαθιστώντας τη σχέση μεταξύ μάζας και μοριακής συγκέντρωσης:

$w_{i}={\frac {\rho _{i}}{\rho }}={\frac {c_{i}M_{i}}{\rho }},$

όπου $c_{i}$ είναι η μολαρική συγκέντρωση και $M_{i}$ είναι η μολαρική μάζα του συστατικού $i$.

Ποσοστό μάζας

Το ποσοστό μάζας ορίζεται ως το κλάσμα μάζας πολλαπλασιασμένο επί 100.

Γραμμομοριακό κλάσμα

Το γραμμομοριακό κλάσμα $x_{i}$ μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο

$x_{i}={\frac {w_{i}}{M_{i}}}{\bar {M}},$

όπου $M_{i}$ είναι η μολαρική μάζα του συστατικού $i$ και ${\bar {M}}$ είναι η μέση μολαρική μάζα του μείγματος.

Αντικατάσταση της έκφρασης των προϊόντων μολαρικής μάζας,

$x_{i}={\frac {\frac {w_{i}}{M_{i}}}{\sum _{j}{\frac {w_{j}}{M_{j}}}}}.$

Χωρική διακύμανση και κλίση

Σε ένα χωρικά μη ομοιόμορφο μείγμα, το κλάσμα μάζας κλίσης προκαλεί το φαινόμενο της διάχυσης.