Lors de l'analyse de solutions, les chimistes mesurent les concentrations de composants en moles. La fraction molaire d'un soluté est le rapport entre le nombre de moles de ce soluté et le nombre total de moles de soluté et de solvant en solution. Parce que c'est un rapport de moles à moles, la fraction molaire est un nombre sans dimension, et bien sûr, elle est toujours inférieure à un.
La formule de la fraction molaire est simple. Dans toute solution, la fraction molaire du soluté A est :
\text{fraction molaire de A} = \frac{\text{moles de A}}{\text{total moles}}
et la fraction molaire du solvant :
\text{fraction molaire de solvant} = \frac{\text{moles de solvant}}{\text{total moles}}
Dans certaines situations, il se peut que le nombre de grains de beauté ne vous soit pas directement indiqué. Vous pouvez le calculer si vous connaissez les formules chimiques des composés et leurs poids ou volumes. Pour ce faire, il est utile de savoir ce qu'est une taupe.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
La formule de fraction molaire pour une solution contenant un ou plusieurs solutés est: Fraction molaire de chaque soluté = Nombre de moles de ce soluté divisé par le nombre total de moles de tous les solutés et le solvant.
Définition d'une taupe
Chaque élément du tableau périodique a une masse caractéristique et, de ce fait, chaque composé a également une masse caractéristique. Au niveau atomique, la masse est mesurée en unités de masse atomique, mais les chimistes ont besoin d'un moyen d'exprimer la masse en termes macroscopiques. À cette fin, ils définissent une mole de tout élément ou composé comme le nombre d'Avogadro (6,022 × 1023) d'atomes ou de molécules. La masse de ces nombreuses particules, mesurée en grammes, est le même nombre que la masse moléculaire, mesurée en unités de masse atomique.
La définition d'une mole est donc la masse de tout composé, mesurée en grammes, qui est égale aux masses des éléments constitutifs mesurées en unités de masse atomique. Pour calculer le nombre de moles d'un composé que vous avez sous la main, vous divisez la masse par la masse d'une mole du composé, que vous pouvez calculer à partir du tableau périodique.
Utilisation de l'équation de fraction molaire
La formule de la fraction molaire est particulièrement facile à comprendre et à utiliser si vous connaissez le nombre de moles de tous les solutés et du solvant. Par exemple, supposons que vous ayez 2 moles de tétrachlorure de carbone (CCl4), 3 moles de benzène (C6H6) et 4 moles d'acétone (C3H6O). Le nombre total de moles en solution est de 9. L'équation de la fraction molaire vous indique que la fraction molaire du tétrachlorure de carbone est 2/9 = 0,22. De même, la fraction molaire du benzène est de 3/9 = 0,33 et la fraction molaire de l'acétone est de 4/9 = 0,44.
Les choses se compliquent si vous ne connaissez que la masse d'un ou plusieurs composants d'une solution, mais seulement un peu plus. Tout ce que vous avez à faire est de convertir la masse du composant en nombre de moles, et c'est un problème arithmétique simple, tant que vous connaissez la formule chimique.
Exemple de problème de fraction molaire
Supposons que vous dissolvez 77 grammes de tétrachlorure de carbone (CCl4) dans 78 grammes d'acétone (C3H6O). Quelles sont les fractions molaires de chaque composé dans la solution ?
Résistez à l'envie de diviser la masse de tétrachlorure de carbone par celle d'acétone. Comme ils sont presque identiques, le résultat serait de 0,5 pour chaque composé, ce qui donnerait un résultat incorrect pour l'acétone. Tout d'abord, vous devez convertir les masses en nombre de moles de chaque composé, et pour ce faire, vous devez rechercher les masses atomiques de chacun des éléments du tableau périodique.
La masse atomique du carbone est de 12,0 amu (arrondi à une décimale) et celle du chlore est de 35,5 amu, donc une mole de tétrachlorure de carbone pèse 154 grammes. Vous avez 77 grammes, soit 77/154 = 0,5 mole.
En notant que la masse atomique de l'hydrogène est de 1 amu et celle de l'oxygène est de 16 amu, la masse molaire de l'acétone est de 58 grammes. Vous avez 78 grammes, soit 1,34 mole. Cela signifie que le nombre total de moles en solution est de 1,84. Vous êtes maintenant prêt à calculer des fractions molaires à l'aide de l'équation de fraction molaire.
\text{fraction molaire du tétrachlorure de carbone}=\frac{0,5\text{ moles}}{1,84\text{ moles}}=0,27\\\text{ }\\\text{ fraction molaire de l'acétone}=\frac{ 1.34\text{ moles}}{1.84\text{ moles}}=0.73
