- Caractéristiques et symbole
- Comment il est calculé
- Exemples
- Exemple 1
- Exemple 2
- Exercices
- Exercice 1
- Exercice 2
- Exercice 3
- Références
La fraction molaire est un moyen d'exprimer la concentration des éléments présents dans un composé, ou la concentration d'un composé dans un mélange.
La fraction molaire des éléments d'un composé est définie comme un quotient entre le nombre de moles de chacun des différents éléments présents dans le composé et le nombre total de moles de ceux-ci.
Équation pour la détermination de la fraction molaire. Source: Gabriel Bolívar.
Par exemple: si un composé a un élément A et un élément B, la fraction molaire de A est le nombre de moles de A divisé par le nombre de moles de A plus le nombre de moles de B. De même, pour la fraction molaire de B La même opération est effectuée mais en plaçant les taupes de B.
Cette opération est représentée dans l'image ci-dessus. La somme des fractions molaires est égale à 1 (un). La fraction molaire est un nombre sans dimension (sans dimension). De nombreuses lois peuvent être exprimées en ces termes, comme la loi de Dalton.
Caractéristiques et symbole
La valeur de la fraction molaire est indépendante de la température et dans un mélange de gaz parfait, elle peut être utilisée pour calculer les pressions partielles de chacun des gaz présents dans le mélange de gaz; comme indiqué dans la loi de Dalton.
La fraction molaire est généralement représentée ou symbolisée par une lettre X majuscule (X) sur le côté droit de laquelle, en indice, le symbole de l'élément ou la formule composée est placé s'il y a un mélange de composés.
Comment il est calculé
Si le nombre de moles est connu pour chacun des éléments qui composent un composé donné, l'addition des moles des éléments peut donner le nombre total de moles qui existent dans le composé.
Ensuite, pour obtenir la fraction molaire de chaque élément, le nombre de ses moles est divisé par le nombre de moles totales présentes dans le composé. La somme des valeurs de la fraction molaire des différents éléments est égale à l'unité (1).
Exemples
Voici des exemples d'utilisations de la fraction molaire.
Exemple 1
La molalité d'une solution, exprimée en moles de soluté par kilogramme d'eau, peut être transformée en fraction molaire du soluté. Pour ce faire, 1 000 g d'eau sont convertis en moles d'eau, en divisant simplement la masse d'eau de 1 000 g par le poids moléculaire de l'eau (18 g / mol).
Ensuite, en divisant le nombre de moles du soluté par le nombre de moles d'eau plus celles du soluté, la fraction molaire du soluté sera obtenue.
Par exemple, la substance A a une molalité de 0,03 m. Cela signifie que vous avez 0,3 mole de A dissous dans un kilogramme d'eau. Un kilogramme d'eau correspond à 55,55 moles d'eau (1 000 g ÷ 18 g / mol). Ainsi, la fraction molaire de A devient:
X (A) ou X A = 0,03 ÷ (55,55 + 0,03)
= 0,0005398 ou 5,398 10 -4
Exemple 2
Calcul des pressions partielles des gaz en fonction de leurs fractions molaires. La loi des pressions partielles a été énoncée par Dalton et indique que dans un mélange de gaz chaque gaz exerce sa pression comme s'il occupait tout le volume du mélange de gaz.
La pression totale du mélange gazeux est la somme des pressions exercées, séparément, par chacun des gaz faisant partie du mélange gazeux.
L'atmosphère est principalement constituée d'un mélange de quatre gaz: azote, oxygène, dioxyde de carbone et vapeur d'eau, chacun exerçant séparément les pressions partielles suivantes:
Azote: 596 mmHg
Oxygène: 158 mmHg
Dioxyde de carbone: 0,3 mmHg
Vapeur d'eau: 5,7 mmHg.
Ce qui produit une valeur de pression atmosphérique de 760 mmHg. En utilisant ces pressions de gaz, les valeurs suivantes de leurs fractions molaires peuvent être calculées:
Azote
X N2 = 596 mmHg / 760 mmHg
= 0,7842
Oxygène
X O2 = 158 mmHg / 760 mmHg
= 0,2079
Gaz carbonique
X CO2 = 0,3 mmHg / 760 mmHg
= 0,00039
Vapeur d'eau
X H2O = 5,7 mmHg / 760 mmHg
= 0,075
Réciproquement, la pression partielle de chacun des gaz présents dans un mélange peut être calculée en multipliant la valeur de sa fraction molaire par la pression totale exercée par le mélange gazeux.
Exercices
Exercice 1
Quelle est la fraction molaire d'une solution de méthanol (CH 3 OH) et d'eau (H 2 O) contenant 145 g de CH 3 OH et 120 g de H 2 O? Poids moléculaires: CH 3 OH = 32 g / mol et eau = 18 g / mol.
Nous calculons d'abord les moles de méthanol et d'eau:
Moles de CH 3 OH = 145 g · 1 mol CH 3 OH ÷ 32 g de CH 3 OH
= 4,53 mol CH 3 OH
Moles de H 2 O = 120 g · 1 mol de H 2 O ÷ 18 g de H 2 O
= 6,67 mol H 2 O
Ensuite, nous calculons le nombre total de moles:
Nombre total de moles de CH 3 OH et H 2 O = 4,53 + 6,67
= 11,2 moles
Et donc nous déterminons les fractions molaires de méthanol et d'eau:
X (CH 3 OH) = 4,53 moles / 11,2 moles
= 0,404
X (H 2 O) = 6,67 moles / 11,2 moles
= 0,596
Exercice 2
Un mélange de 1,56 mole d'azote (N 2) et de 1,2 mole d'oxygène (O 2) exerce une pression de 0,8 atmosphère (atm). Calculez la pression partielle exercée par chacun des gaz.
La première étape pour résoudre le problème est le calcul des fractions molaires des gaz. Dans un deuxième temps, les pressions partielles exercées par les gaz sont obtenues en multipliant leur fraction molaire par la pression totale exercée par le mélange gazeux.
Fraction molaire d'azote:
X N2 = 1,56 mole / (1,56 mole + 1,2 mole)
= 0,565
Fraction molaire d'oxygène:
X O2 = 1,2 mole / (1,56 mole + 1,2 mole)
= 0,435
Et enfin nous calculons les pressions partielles de chaque gaz:
P N2 = X N2 P T
= 0,565 · 0,8 atm
= 0,452 atm
P O2 = X O2 P t
= 0,435 · 0,8 atm
= 0,348 atm
Exercice 3
Quelle est la fraction molaire de formaldéhyde (CH 2 O) si 23 g du composé sont dissous dans 4 moles de tétrachlorure de carbone (CCl 4)? CH 2 O poids moléculaire = 30,03 g / mol.
Nous calculons d'abord les moles de formaldéhyde:
Moles CH 2 O = 23 g CH 2 O · 1 mol CH 2 O ÷ 30,03 g CH 2 O
= 0,766 mole
Et pour la seconde, nous calculons la fraction molaire:
X CH2OH = 0,766 mole CH 2 OH / (0,766 mole CH 2 OH + 4 moles CCl 4)
= 0,161
Références
- Whitten, Davis, Peck et Stanley. (2008). Chimie (8e éd.). Apprentissage CENGAGE.
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11 février 2020). Qu'est-ce qu'une fraction taupe? Récupéré de: thinkco.com
- Wikipédia. (2020). Fraction molaire. Récupéré de: en.wikipedia.org
- Fondation CK-12. (16 octobre 2019). Fraction molaire. Chimie LibreTexts. Récupéré de: chem.libretexts.org
- Chris Deziel. (12 novembre 2018). Comment calculer une fraction molaire. Récupéré de: scaimer.com