Como calcular uma fração molar

Ao analisar soluções, os químicos medem as concentrações dos componentes em moles. A fração molar de um soluto é a razão entre o número de moles desse soluto e o número total de moles de soluto e solvente em solução. Por ser uma proporção de moles para moles, a fração molar é um número adimensional e, claro, é sempre menor que um.

A fórmula da fração molar é direta. Em qualquer solução, a fração molar do soluto A é:

e a fração molar do solvente:

Em algumas situações, você pode não receber o número de toupeiras diretamente. Você pode calculá-lo se conhecer as fórmulas químicas dos compostos e seus pesos ou volumes. Para fazer isso, é útil saber o que é uma toupeira.

TL; DR (muito longo; Não li)

A fórmula da fração molar para uma solução contendo um ou mais solutos é: Fração molar de cada soluto = Número de moles desse soluto dividido pelo número total de moles de todos os solutos e o solvente.

Cada elemento da tabela periódica tem uma massa característica e, em virtude disso, todo composto também tem uma massa característica. No nível atômico, a massa é medida em unidades de massa atômica, mas os químicos precisam de uma maneira de expressar a massa em termos macroscópicos. Para este fim, eles definem um mol de qualquer elemento ou composto como o número de Avogadro (6,022 × 10²³) de átomos ou moléculas. A massa dessas muitas partículas, medida em gramas, é o mesmo número da massa molecular, medida em unidades de massa atômica.

A definição de uma toupeira é, portanto, a massa de qualquer composto, medida em gramas, que é igual às massas dos elementos componentes medidas em unidades de massa atômica. Para calcular o número de moles de um composto que você tem em mãos, você divide a massa pela massa de um mol do composto, que pode ser calculado a partir da tabela periódica.

A fórmula da fração molar é particularmente fácil de entender e usar se você souber o número de moles de todos os solutos e o solvente. Por exemplo, suponha que você tenha 2 moles de tetracloreto de carbono (CCl4), 3 moles de benzeno (C₆H₆) e 4 moles de acetona (C₃H₆O). O número total de moles em solução é 9. A equação da fração molar informa que a fração molar do tetracloreto de carbono é 2/9 = 0,22. Da mesma forma, a fração molar do benzeno é 3/9 = 0,33 e a fração molar da acetona é 4/9 = 0,44.

As coisas ficam mais complicadas se você só conhece a massa de um ou mais componentes de uma solução, mas apenas um pouco mais. Tudo o que você precisa fazer é converter a massa do componente em número de moles, e esse é um problema aritmético simples, desde que você conheça a fórmula química.

Suponha que você dissolva 77 gramas de tetracloreto de carbono (CCl₄) em 78 gramas de acetona (C₃H₆O). Quais são as frações molares de cada composto na solução?

Resista ao impulso de dividir a massa de tetracloreto de carbono pela de acetona. Como são quase iguais, o resultado seria 0,5 para cada composto, o que daria um resultado incorreto para a acetona. Primeiro, você deve converter as massas para o número de moles de cada composto e, para fazer isso, você deve pesquisar as massas atômicas de cada um dos elementos na tabela periódica.

A massa atômica do carbono é 12,0 amu (arredondado para uma casa decimal) e a do cloro é 35,5 amu, então um mol de tetracloreto de carbono pesa 154 gramas. Você tem 77 gramas, que é 77/154 = 0,5 moles.

Observando que a massa atômica do hidrogênio é 1 amu e a do oxigênio 16 amu, a massa molar da acetona é 58 gramas. Você tem 78 gramas, que são 1,34 moles. Isso significa que o número total de moles em solução é 1,84. Agora você está pronto para calcular as frações molares usando a equação da fração molar.