Podczas analizowania roztworów chemicy mierzą stężenia składników w molach. Ułamek molowy substancji rozpuszczonej to stosunek liczby moli tej substancji rozpuszczonej do całkowitej liczby moli substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika w roztworze. Ponieważ jest to stosunek moli do moli, ułamek molowy jest liczbą bezwymiarową i oczywiście zawsze jest mniejszy niż jeden.
Wzór na ułamek molowy jest prosty. W każdym rozwiązaniu ułamek molowy substancji rozpuszczonej A wynosi:
\text{ułamek molowy A} = \frac{\text{mole A}}{\text{liczba moli}}
i ułamek molowy rozpuszczalnika:
\text{ułamek molowy rozpuszczalnika} = \frac{\text{mole rozpuszczalnika}}{\text{liczba moli}}
W niektórych sytuacjach możesz nie otrzymać bezpośrednio liczby moli. Możesz to obliczyć, jeśli znasz wzory chemiczne związków oraz ich wagę lub objętość. Aby to zrobić, warto wiedzieć, czym jest kret.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Wzór na ułamek molowy dla roztworu zawierającego jedną lub więcej substancji rozpuszczonych to: Ułamek molowy każdego substancja rozpuszczona = liczba moli tej substancji rozpuszczonej podzielona przez całkowitą liczbę moli wszystkich substancji rozpuszczonych i rozpuszczalnik.
Definicja kreta
Każdy pierwiastek w układzie okresowym pierwiastków ma charakterystyczną masę, a co za tym idzie każdy związek ma również charakterystyczną masę. Na poziomie atomowym masę mierzy się w jednostkach masy atomowej, ale chemicy potrzebują sposobu na wyrażenie masy w kategoriach makroskopowych. W tym celu definiują mol dowolnego pierwiastka lub związków jako liczbę Avogadro (6,022 × 1023) atomów lub cząsteczek. Masa tych wielu cząstek, mierzona w gramach, jest tą samą liczbą, co masa cząsteczkowa, mierzona w jednostkach masy atomowej.
Definicja mola jest więc masą dowolnego związku mierzoną w gramach, która jest równa masom pierwiastków składowych mierzonych w jednostkach masy atomowej. Aby obliczyć liczbę moli związku, który masz pod ręką, dzielisz masę przez masę jednego mola związku, którą możesz obliczyć z układu okresowego.
Korzystanie z równania na ułamki molowe
Wzór na ułamek molowy jest szczególnie łatwy do zrozumienia i zastosowania, jeśli znasz liczbę moli wszystkich substancji rozpuszczonych i rozpuszczalnika. Załóżmy na przykład, że masz 2 mole czterochlorku węgla (CCl4), 3 mole benzenu (C6H6) i 4 mole acetonu (C3H6O). Całkowita liczba moli w roztworze wynosi 9. Równanie ułamka molowego mówi, że ułamek molowy czterochlorku węgla wynosi 2/9 = 0,22. Podobnie, ułamek molowy benzenu wynosi 3/9 = 0,33, a ułamek molowy acetonu to 4/9 = 0,44.
Sprawy się komplikują, jeśli znasz tylko masę jednego lub więcej składników rozwiązania, ale tylko trochę więcej. Wszystko, co musisz zrobić, to przeliczyć masę składnika na liczbę moli, a to prosty problem arytmetyczny, o ile znasz wzór chemiczny.
Przykładowy problem z ułamkiem molowym
Załóżmy, że rozpuszczasz 77 gramów czterochlorku węgla (CCl4) w 78 gramach acetonu (C3H6O). Jakie są ułamki molowe każdego związku w roztworze?
Oprzyj się pokusie podzielenia masy czterochlorku węgla przez masę acetonu. Ponieważ są one prawie takie same, wynik wynosiłby 0,5 dla każdego związku, co dałoby niepoprawny wynik dla acetonu. Najpierw musisz przeliczyć masy na liczbę moli każdego związku, a żeby to zrobić, musisz sprawdzić masy atomowe każdego z pierwiastków w układzie okresowym.
Masa atomowa węgla wynosi 12,0 amu (w zaokrągleniu do jednego miejsca po przecinku), a chloru 35,5 amu, więc jeden mol czterochlorku węgla waży 154 gramy. Masz 77 gramów, czyli 77/154 = 0,5 mola.
Zauważając, że masa atomowa wodoru wynosi 1 amu, a tlenu 16 amu, masa molowa acetonu wynosi 58 gramów. Masz 78 gramów, czyli 1,34 mola. Oznacza to, że całkowita liczba moli w roztworze wynosi 1,84. Teraz jesteś gotowy do obliczenia ułamków molowych za pomocą równania ułamka molowego.
\text{ułamek molowy czterochlorku węgla}=\frac{0,5\text{mole}}{1,84\text{mole}}=0,27\\\text{ }\\\text{ ułamek molowy acetonu}=\frac{ 1,34\text{ mole}}{1,84\text{ mole}}=0,73