教育用ラボで生理食塩水の洗浄液を準備するときも、洗浄用アルコールの濃縮液を薄めるときも、パーセント濃度計算機があれば、やっかいな質量と体積の比を、確認できる一つの数値に変えられます。溶質の量、溶液の体積、パーセント値のうち、いずれか二つを入力すると、残りの一つを求めます。代数の計算は不要です。このガイドでは、ツールの背後にある正確な計算式を説明し、w/v、w/w、v/vの実際の計算例を取り上げ、実験室でそれぞれの種類がいつ使われるかを示します。
パーセント濃度計算機：計算式の仕組み
この種のパーセント値は、百分率を表します。つまり、100単位の完成した溶液の中に、どれだけの溶質が含まれているかということです。実験室では、単純な生理食塩水の洗浄液から濃縮した試薬まで、パーセント濃度の溶液が毎日使われています。以下のすべての式で、分母は完成した溶液全体の体積または質量であり、加えた溶媒だけではありません。溶液の各成分は、重さでも体積でも測れるため、化学者は三つの異なる種類を区別します。この三つを取り違えることが、実験室での計算ミスの最も多い原因です。
このツールは三つすべてに対応していますが、内部で何が行われているかを理解しておくと、結果がおかしいときに気づきやすくなります。パーセント濃度の計算式は、一つの関係を、以下で三通りに繰り返したものにすぎません。
質量対体積パーセント：%w/vを求める
質量対体積パーセント（%w/v）は、質量体積パーセントとも呼ばれ、化学者が最もよく使う比率です。天秤とメスシリンダーがあれば簡単に調製できるからです。
$$\%\,w/v = \frac{\text{溶質の質量}}{\text{溶液の体積}} \times 100$$
10% w/vの溶液には、溶液100 mLあたり溶質が10 g含まれています。溶媒100 mLではありません。この間違いは起こりやすく、その後のすべての結果を変えてしまいます。
質量対質量パーセント：%w/wを求める
質量対質量パーセント（%w/w）は質量パーセントとも呼ばれ、溶質の質量を、完成した溶液の全質量と直接比べます。
$$\%\,w/w = \frac{\text{溶質の質量}}{\text{溶液の質量}} \times 100$$
37% w/wの塩酸のような市販の試薬がこの形で表示されているのは、体積と違って質量は温度によって変化しないからです。試薬を保管したり輸送したりするときの大きな利点です。
体積対体積パーセント：%v/vを求める
体積対体積パーセント（%v/v）が使えるのは、二つの成分がどちらも液体の場合に限られます。
$$\%\,v/v = \frac{\text{溶質の体積}}{\text{溶液の体積}} \times 100$$
たとえば、70% v/vのエタノール溶液は、純粋な液体70 mLに水を加えて、最終的な体積を100 mLにして作ります。混和する液体は、同じ液体を別々に取った二つの分量のように、体積がそのまま足し合わさるわけではないからです。
| パーセントの種類 | 式 | 測定するもの | 主な用途 |
|---|---|---|---|
| w/v（質量／体積） | 溶質の質量 ÷ 溶液の体積 × 100 | 質量と体積 | 生理食塩水、デキストロース、SDS |
| w/w（質量／質量） | 溶質の質量 ÷ 溶液の質量 × 100 | 質量と質量 | 濃い酸や塩基 |
| v/v（体積／体積） | 溶質の体積 ÷ 溶液の体積 × 100 | 体積と体積 | アルコール系の溶液 |