Quando si analizzano le soluzioni, i chimici misurano le concentrazioni dei componenti in moli. La frazione molare di un soluto è il rapporto tra il numero di moli di quel soluto e il numero totale di moli di soluto e solvente in soluzione. Poiché è un rapporto tra moli e moli, la frazione molare è un numero adimensionale e, naturalmente, è sempre inferiore a uno.
La formula della frazione molare è semplice. In ogni soluzione, la frazione molare del soluto A è:
\text{frazione molare di A} = \frac{\text{moli di A}}{\text{moli totali}}
e la frazione molare del solvente:
\text{frazione molare di solvente} = \frac{\text{moli di solvente}}{\text{moli totali}}
In alcune situazioni, potresti non ricevere direttamente il numero di nei. Puoi calcolarlo se conosci le formule chimiche dei composti e i loro pesi o volumi. Per fare questo, aiuta sapere cos'è una talpa.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
La formula della frazione molare per una soluzione contenente uno o più soluti è: Frazione molare di ciascuno soluto = Numero di moli di quel soluto diviso per il numero totale di moli di tutti i soluti e il solvente.
Definizione di talpa
Ogni elemento della tavola periodica ha una massa caratteristica e, in virtù di ciò, anche ogni composto ha una massa caratteristica. A livello atomico, la massa viene misurata in unità di massa atomica, ma i chimici hanno bisogno di un modo per esprimere la massa in termini macroscopici. A tal fine, definiscono una mole di qualsiasi elemento o composto come numero di Avogadro (6.022 × 1023) di atomi o molecole. La massa di così tante particelle, misurata in grammi, è lo stesso numero della massa molecolare, misurata in unità di massa atomica.
La definizione di mole è quindi la massa di qualsiasi composto, misurata in grammi, che è uguale alle masse degli elementi componenti misurate in unità di massa atomica. Per calcolare il numero di moli di un composto che hai a portata di mano, dividi la massa per la massa di una mole del composto, che puoi calcolare dalla tavola periodica.
Utilizzo dell'equazione della frazione molare
La formula della frazione molare è particolarmente facile da capire e da usare se si conosce il numero di moli di tutti i soluti e del solvente. Ad esempio, supponiamo di avere 2 moli di tetracloruro di carbonio (CCl4), 3 moli di benzene (C6H6) e 4 moli di acetone (C3H6O). Il numero totale di moli in soluzione è 9. L'equazione della frazione molare ti dice che la frazione molare del tetracloruro di carbonio è 2/9 = 0,22. Analogamente, la frazione molare del benzene è 3/9 = 0,33 e la frazione molare dell'acetone è 4/9 = 0,44.
Le cose si complicano se conosci solo la massa di uno o più componenti di una soluzione, ma solo un po' di più. Tutto quello che devi fare è convertire la massa del componente in numero di moli, e questo è un semplice problema aritmetico, purché conosci la formula chimica.
Problema di esempio di frazione di mole
Supponiamo di sciogliere 77 grammi di tetracloruro di carbonio (CCl4) in 78 grammi di acetone (C3H6O). Quali sono le frazioni molari di ciascun composto nella soluzione?
Resisti alla tentazione di dividere la massa del tetracloruro di carbonio per quella dell'acetone. Poiché sono quasi uguali, il risultato sarebbe 0,5 per ciascun composto e ciò darebbe un risultato errato per l'acetone. Innanzitutto, devi convertire le masse nel numero di moli di ciascun composto e, per farlo, devi cercare le masse atomiche di ciascuno degli elementi nella tavola periodica.
La massa atomica del carbonio è 12,0 amu (arrotondando a una cifra decimale) e quella del cloro è 35,5 amu, quindi una mole di tetracloruro di carbonio pesa 154 grammi. Hai 77 grammi, che è 77/154 = 0,5 moli.
Notando che la massa atomica dell'idrogeno è 1 amu e quella dell'ossigeno è 16 amu, la massa molare dell'acetone è 58 grammi. Hai 78 grammi, che sono 1,34 moli. Ciò significa che il numero totale di moli in soluzione è 1,84. Ora sei pronto per calcolare le frazioni molari usando l'equazione della frazione molare.
\text{frazione molare di tetracloruro di carbonio}=\frac{0.5\text{ moli}}{1.84\text{ moli}}=0.27\\\text{ }\\\text{ frazione molare di acetone}=\frac{ 1.34\text{ talpe}}{1.84\text{ talpe}}=0.73