質量分率（化学）

化学において、混合物中の物質の 質量分率とは、その物質の質量と混合物の総質量の比（ とも表記）である。 ^[1]質量分率を式で表すと次のようになる。 ${\displaystyle w_{i}}$${\displaystyle Y_{i}}$${\displaystyle m_{i}}$${\displaystyle m_{\text{tot}}}$

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

混合物の成分の個々の質量の合計は となるため、それらの質量分率の合計は 1 になります。 ${\displaystyle m_{\text{tot}}}$

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

質量分率は、分母を 100 として、質量パーセントとして表すこともできます(商業的な文脈では、重量パーセントと呼ばれることが多く、省略形はwt.%または% w/wです。質量と重量を参照してください)。これは、混合物の組成を無次元のサイズで表す 1 つの方法です。他には、モル分率(モルパーセント、mol%) や体積分率(体積パーセント、vol%) があります。

化合物や他の物質ではなく、個々の化学元素の含有量に関心がある場合、質量分率という用語は、サンプルの総質量に対する元素の質量の比率を指すこともあります。このような文脈では、代替用語として質量パーセント組成が使用されます。化合物中の元素の質量分率は、化合物の実験式^[2]または化学式^[3]から計算できます。

パーセント濃度はこの量を指すものではありません。この不適切な名称は、特に初等教科書では依然として残っています。生物学では、単位「%」が質量濃度、つまり質量/体積パーセントを 表すのに（誤って）使用されることがあります。1 g の溶質が溶解した最終体積 100 mL の溶液は 、「1%」または「1% m/v」（質量/体積）と表示されます。これは誤りです。単位「%」は無次元量にしか使用できないためです。代わりに、濃度は単に g/mL 単位で示す必要があります。したがって、パーセント溶液またはパーセンテージ溶液という用語は、質量パーセント溶液（m/m、m%、または混合後の質量溶質/質量総溶液）または体積パーセント溶液（v/v、v%、または混合後の全溶液の体積あたりの溶質の体積）に使用するのが最適です。他の修飾語のない非常にあいまいな用語、パーセント溶液およびパーセンテージ溶液は、引き続き時々使用されます。

熱工学では、蒸気品質は蒸気中の蒸気の質量分率として使用されます。

合金、特に貴金属の合金では、合金中の貴金属の質量分率を表すために 「純度」という用語が使用されます。

質量分率は温度に依存しません。

2つの純粋な成分の混合は、それらの（質量）混合比を導入することで表現できます。すると、成分の質量分率は ${\displaystyle r_{m}={\frac {m_{2}}{m_{1}}}}$

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

質量比は、成分の質量分率の比に等しくなります。

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

分子と分母の両方を成分の質量の合計で割った結果です。

溶液中の成分の質量分率は、その成分の質量濃度ρ _i (混合物中のその成分の密度) と溶液の密度の比です。 ${\displaystyle \rho }$

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

モル濃度との関係は、質量とモル濃度の関係を上記に代入したものと同様です。

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

ここで はモル濃度、 は成分のモル質量です。 ${\displaystyle c_{i}}$${\displaystyle M_{i}}$${\displaystyle i}$

質量パーセンテージは質量分率に 100 を掛けたものとして定義されます。

モル分率は 次の式で計算できる。 ${\displaystyle x_{i}}$

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

ここで、は成分のモル質量、 は混合物の 平均モル質量です。${\displaystyle M_{i}}$${\displaystyle i}$${\displaystyle {\bar {M}}}$

モル質量積の表現を置き換えると、

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

空間的に不均一な混合物では、質量分率の勾配によって拡散現象が発生します。

• 質量フラックス分率