Introduction to Chemistry

Terms

• fracção molar A razão entre o número de moles de um componente numa mistura e o número total de moles.
• moleA unidade base do SI para a quantidade de uma substância; a quantidade de substância que contém tantas entidades elementares como há átomos em 0,012 kg de carbono-12.

Fraccção de moles

Em química, a fracção de moles, xi, é definida como a quantidade de moles de um constituinte, ni, dividida pela quantidade total de moles de todos os constituintes de uma mistura, ntot:

x_{i}=\frac{n_{i}}{n_{tot}}

Fracções moles são sem dimensão, e a soma de todas as fracções moles numa dada mistura é sempre igual a 1.

Propriedades da fracção molar

A fracção molar é utilizada muito frequentemente na construção de diagramas de fase. Tem uma série de vantagens:

• Não depende da temperatura, ao contrário da concentração molar, e não requer o conhecimento das densidades da(s) fase(s) envolvida(s).
• Uma mistura de fracções molares conhecidas pode ser preparada pesando as massas apropriadas dos constituintes.
• A medida é simétrica; nas fracções molares x=0,1 e x=0,9, os papéis de ‘solvente’ e ‘soluto’ são reversíveis.
• Numa mistura de gases ideais, a fracção molar pode ser expressa como a razão entre a pressão parcial e a pressão total da mistura.

Mole Percent

Multiplicar a fracção molar em 100 dá a percentagem molar, também referida como quantidade/quantidade percentual (abreviada como n/n%). Para a química geral, todas as percentagens molares de uma mistura somam até 100 porcento molar. Podemos facilmente converter facilmente a percentagem molar de volta à fracção molar dividindo por 100. Assim, uma fracção molar de 0,60 é igual a uma percentagem molar de 60,0%.

Cálculos com fracção molar e percentagem molar

Uma mistura de gases foi formada pela combinação de 6,3 moles de O2 e 5,6 moles de N2. Qual é a fracção molar de azoto na mistura?

Primeiro, devemos encontrar o número total de toupeiras com ntotal = nN2 + nO2.

n_{total}=6,3\ toupeiras+5,6 \ toupeiras = 11,9\ toupeiras.

P>Próximo temos de dividir as toupeiras de N2 pelo número total de toupeiras:

x (\texto (fracção de moles)) = (\frac {\texto (toupeiras) N_2}{\texto (toupeiras) N_2 + \texto (toupeiras) O_2})= (\frac {5.6 \text { moles}}{11.9 \text{ moles})= 0.47

A fracção molar de azoto na mistura é 0.47.

FracçõeMole em Soluções

FracçõeMole também pode ser aplicada no caso de soluções. Por exemplo, 0,100 moles de NaCl são dissolvidos em 100,0 mL de água. Qual é a fracção molar de NaCl?

Damos o número de toupeiras de NaCl, mas o volume de água. Primeiro, convertemos este volume numa massa usando a densidade da água (1,00 g/mL), e depois convertemos esta massa em toupeiras de água:

100\ mL\ H_2O {1.0g}{1mL})= 100.0\ g\ H_2O {1 \frac {1 \frac {18.0 g}) = 5.55 \frac {mL} = 5.55 \frac {mL} H_2O

Com esta informação podemos encontrar o número total de toupeiras presentes: 5,55 + 0,100 = 5,65 toupeiras. Se dividirmos as toupeiras de NaCl pelo número total de toupeiras, encontramos a fracção molar deste componente:

x = (\frac {0,100 \moles de texto}{5,65µmoles de texto}) = 0.0176

Acção molar de NaCl é 0,0176.

Fractura de NaCl com Misturas de Múltiplos Componentes

Fracções de NaCl também podem ser encontradas para misturas que são formadas a partir de múltiplos componentes. Estes não são tratados de forma diferente do que anteriormente; mais uma vez, a fracção molar total da mistura deve ser igual a 1,

Por exemplo, uma solução é formada misturando 10,0 g de pentano (C5H12), 10,0 g de hexano (C6H14) e 10,0 g de benzeno (C6H6). Qual é a fracção molar de hexano nesta mistura?

Temos primeiro de encontrar o número de toupeiras presentes em 10,0 g de cada componente, dadas as suas fórmulas químicas e pesos moleculares. O número de toupeiras para cada uma é encontrado dividindo a sua massa pelo seu respectivo peso molecular. Verificamos que existem 0,138 moles de pentano, 0,116 moles de hexano, e 0,128 moles de benzeno.

P>Podemos encontrar o número total de toupeiras tomando a soma de todas as toupeiras: 0,138+0,116+0,128 = 0,382 toupeiras totais. Se dividirmos as toupeiras de hexano pelo total de toupeiras, calculamos a fracção molar:

x = (\frac {0,116 \text{ moles}}{0,382 \text{ moles}}) = 0,303

A fracção molar para o hexano é 0,303.

Fraccção molar da molalidade

Fraccção molar da molalidade também pode ser calculada a partir da molalidade. Se tivermos uma solução de 1,62 m de açúcar de mesa (C6H12O6) em água, qual é a fracção molar do açúcar de mesa?

P>Desde que nos seja dada a molalidade, podemos convertê-la para a fracção molar equivalente, que já é uma razão massa; lembre-se que molalidade = soluto moles/kg de solvente. Dada a definição de molalidade, sabemos que temos uma solução com 1,62 moles de açúcar e 1,00 kg (1000 g) de água. Como sabemos o número de toupeiras de açúcar, precisamos de encontrar as toupeiras de água usando o seu peso molecular:

1000\ g\ H_2O \ vezes (\frac {1}{18.0\ g}) = 55.5 \texto (toupeiras }H_2O

O número total de toupeiras é a soma das toupeiras de água e açúcar, ou 57.1 toupeiras total de solução. Podemos agora encontrar a fracção molar do açúcar:

x = (\frac {1,62 \text{ moles açúcar}}{57,1 \text{ moles solução}})= 0,0284

com a fracção molar de 0.0284, vemos que temos uma solução de 2,84% de açúcar em água.

Fraccção de moles a partir da percentagem de massa

A fracção molar também pode ser calculada a partir de uma percentagem de massa. Qual é a fracção molar de ácido cinâmico que tem uma percentagem molar de 50,00% de ureia em ácido cinâmico? O peso molecular da ureia é 60,16 g/mol e o peso molecular do ácido cinâmico é 148,16 g/mol.

P>Primeiro, assumimos uma massa total de 100,0 g, embora qualquer massa possa ser assumida. Isto significa que temos 50,0 g de ureia e 50,0 g de ácido cinâmico. Podemos então calcular as toupeiras presentes, dividindo cada uma pelo seu peso molecular. Temos 0,833 moles de ureia e 0,388 moles de ácido cinâmico, pelo que temos 1,22 moles no total.

Para encontrar a fracção molar, dividimos as moles de ácido cinâmico pelo número total de moles:

x = (\frac {.388 \text{ moles ácido cinâmico}}{1.22 \text{ moles solution}})= 0,318

A fracção molar para ácido cinâmico é 0,318.