質量分數

在化學領域裏，混合物中某種物質的質量分數^[1][2]（mass fraction），是該物質質量 ${\displaystyle m_{i}}$ 與混合物總質量 ${\displaystyle m_{\text{tot}}}$ 的比 ${\displaystyle w_{i}}$（或表為 ${\displaystyle Y_{i}}$）^[3]。

用公式表示，質量分數為：

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

設此混合物含有 N 種物質，混合物總質量 ${\displaystyle m_{\text{tot}}}$ 即為：

${\displaystyle m_{\text{tot}}=\sum _{i=1}^{N}m_{i}}$

而按定義可知，混合物中所有物質的質量分數總和為1：

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

質量百分濃度（percentage by mass^[4]，mass percentage concentration^[5][6]）又稱重量百分濃度，縮寫 wt%，是以百分比（屬於一種無量綱）來表示混合物中某成分濃度的方法。其他無量綱的濃度，如摩爾百分濃度（摩爾數相對總摩爾數的百分比，符號 mol%）及體積百分濃度（體積相對總體積的百分比，符號 vol%）。

在元素分析中，質量百分濃度也可以指在化合物中某一元素質量佔的比例，可以用來計算化合物的實驗式^[7]或化學式^[8]。

「溶液」的質量百分濃度，一般其實就是指「溶質」的質量百分濃度，是溶液中所含溶質質量與溶液質量的百分比；一般可以重量表示，即溶質重量除以溶劑和溶質總重量之百分比的數值。

詞語及相關詞語

「百分濃度」^[9]（percentage concentration）是不精確的稱呼，即以分母為 100 的「質量（或體積、摩爾）百分比」（percentage by mass）來表示質量分數（或體積分數、摩爾分數），為後者的變化形。此不正確的名稱存在於一些小學/國中的教科書中。

「百分溶液（英語：Percentage solution）」（percentage solution）或「溶液百分比」，其正確的稱呼應為「質量百分濃度」（m/m = m% = 溶質質量/混合物總質量）或「體積百分濃度」（v/v = v% = 溶質體積/混合物總體積）；不過，「溶液百分比」一詞還是常出現。

在生物學中，單位 "%" 有時會用來表示濃度，稱為「質量／體積濃度」；例如若溶液中有 1克的溶質，總體積為 100 mL，有時會標示為 "1 %" 或 "1 % m/v" （質量／體積），其實這是不正確的，因為單位 "%" 為無量綱量，只能用來標示無因次的量。此濃度單位正確的寫法，應該是 g/mL。

在熱工學（英語：thermal engineering）中，會用蒸氣量來描述蒸氣質量佔總質量的比例。合金，特別是貴金屬，會以成色表示貴金屬在合金中的質量比例。

性質

質量百分濃度不受溫度的影響。

和其他濃度單位的關係

質量濃度

溶液中成分的質量百分濃度是其成分 i 在溶液中的質量濃度 ${\displaystyle \rho _{i}}$ 和溶液密度 ${\displaystyle \rho }$ 的比值：

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

體積摩爾濃度

質量百分濃度和體積摩爾濃度的關係類似質量百分濃度和質量濃度的關係，將上式用體積摩爾濃度取代即可：

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

其中 ${\displaystyle M_{i}}$ 是成分 ${\displaystyle i}$ 的分子量。

摩爾分數

摩爾分數 ${\displaystyle x_{i}}$ 可以用下式計算：

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

其中

${\displaystyle M_{i}}$ 為成分 ${\displaystyle i}$ 的分子量

${\displaystyle M}$為混合物的平均分子量。

將上式的平均分子量用各成份的分子量取代，可得：

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

空間濃度差異及擴散

若混合物在不同位置的質量百分濃度不同，其質量百分濃度的梯度會產生擴散作用。

參考資料

1. 质量分数. 術語在線. 全國科學技術名詞審定委員會. （簡體中文）
2. 質量分數. 樂詞網. 國家教育研究院. （繁體中文）
3. 國際純化學和應用化學聯合會，化學術語概略，第二版。（金皮書）(1997)。在線校正版: (2006–) "mass fraction"。doi:10.1351/goldbook.M03722
4. Neil D. Jespersen; Alison Hyslop. Chemistry: The Molecular Nature of Matter. John Wiley & Sons. 2021: 126. ISBN 9781119130284. 引文使用過時參數coauthors (幫助)
5. 質量百分濃度. 樂詞網. 國家教育研究院. （繁體中文）
6. 质量百分浓度. 術語在線. 全國科學技術名詞審定委員會. （簡體中文）
7. Khan Academy. khanacademy.org. [2015-03-13]. （原始內容存檔於2010-07-17）.
8. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. How to Calculate Mass Percent Composition. About.com Education. [2015-03-13]. （原始內容存檔於2011-07-07）.
9. 存档副本. [2022-04-30]. （原始內容存檔於2022-04-30）.