Bij het analyseren van oplossingen meten chemici concentraties van componenten in mol. De molfractie van een opgeloste stof is de verhouding van het aantal mol van die opgeloste stof tot het totale aantal mol opgeloste stof en oplosmiddel in oplossing. Omdat het een verhouding is van mol tot mol, is de molfractie een dimensieloos getal, en natuurlijk is het altijd minder dan één.
De formule voor de molfractie is eenvoudig. In elke oplossing is de molfractie van opgeloste stof A:
\text{molfractie van A} = \frac{\text{mol van A}}{\text{totaal aantal mol}}
en de molfractie van het oplosmiddel:
\text{molfractie oplosmiddel} = \frac{\text{mol oplosmiddel}}{\text{totaal aantal mol}}
In sommige situaties krijgt u mogelijk niet direct het aantal moedervlekken. U kunt het berekenen als u de chemische formules van de verbindingen en hun gewichten of volumes kent. Om dit te doen, helpt het om te weten wat een mol is.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
De formule voor de molfractie voor een oplossing met een of meer opgeloste stoffen is: Molfractie van elk opgeloste stof = aantal mol van die opgeloste stof gedeeld door het totale aantal mol van alle opgeloste stoffen en de oplosmiddel.
Definitie van een mol
Elk element in het periodiek systeem heeft een karakteristieke massa en daardoor heeft elke verbinding ook een karakteristieke massa. Op atomair niveau wordt massa gemeten in atomaire massa-eenheden, maar chemici hebben een manier nodig om massa in macroscopische termen uit te drukken. Hiertoe definiëren ze een mol van elk element of verbindingen als het getal van Avogadro (6.022 × 1023) van atomen of moleculen. De massa van deze vele deeltjes, gemeten in grammen, is hetzelfde getal als de molecuulmassa, gemeten in atomaire massa-eenheden.
De definitie van een mol is dus de massa van elke verbinding, gemeten in grammen, die gelijk is aan de massa's van de samenstellende elementen gemeten in atomaire massa-eenheden. Om het aantal mol van een verbinding te berekenen dat je bij de hand hebt, deel je de massa door de massa van één mol van de verbinding, die je kunt berekenen uit het periodiek systeem.
De molfractievergelijking gebruiken
De formule voor de molfractie is bijzonder gemakkelijk te begrijpen en te gebruiken als je toevallig het aantal mol van alle opgeloste stoffen en het oplosmiddel weet. Stel bijvoorbeeld dat u 2 mol tetrachloorkoolstof (CCl4), 3 mol benzeen (C6H6) en 4 mol aceton (C3H6O). Het totale aantal mol in oplossing is 9. De molfractievergelijking vertelt je dat de molfractie van tetrachloorkoolstof 2/9 = 0,22 is. Evenzo is de molfractie van benzeen 3/9 = 0,33 en de molfractie van aceton is 4/9 = 0,44.
Het wordt ingewikkelder als je alleen de massa van een of meer componenten van een oplossing kent, maar slechts iets meer. Het enige wat je hoeft te doen is de massa van de component om te zetten in het aantal mol, en dat is een eenvoudig rekenkundig probleem, zolang je de chemische formule kent.
Voorbeeld probleem molfractie
Stel dat u 77 gram tetrachloorkoolstof (CCl4) in 78 gram aceton (C3H6O). Wat zijn de molfracties van elke verbinding in de oplossing?
Weersta de drang om de massa van tetrachloorkoolstof te delen door die van aceton. Omdat ze bijna hetzelfde zijn, zou het resultaat 0,5 zijn voor elke verbinding, en dat zou een onjuist resultaat geven voor aceton. Eerst moet je de massa's omrekenen naar het aantal mol van elke verbinding, en om dat te doen, moet je de atomaire massa's van elk van de elementen in het periodiek systeem opzoeken.
De atoommassa van koolstof is 12,0 amu (afgerond op één decimaal) en die van chloor is 35,5 amu, dus één mol tetrachloorkoolstof weegt 154 gram. Je hebt 77 gram, dat is 77/154 = 0,5 mol.
Merk op dat de atoommassa van waterstof 1 amu is en die van zuurstof 16 amu, de molaire massa van aceton is 58 gram. Je hebt 78 gram, dat is 1,34 mol. Dat betekent dat het totale aantal mol in oplossing 1,84 is. Nu bent u klaar om molfracties te berekenen met behulp van de molfractievergelijking.
\text{molfractie tetrachloorkoolstof}=\frac{0.5\text{ mol}}{1.84\text{ moles}}=0.27\\\text{ }\\\text{ molfractie aceton}=\frac{ 1.34\text{ mollen}}{1.84\text{ moles}}=0.73