Calculateur de Fraction Molaire - Outil Chimique Gratuit en Ligne

Qu’est-ce que la fraction molaire ?

La fraction molaire permet de décrire la proportion d’un mélange constituée par une substance donnée. Elle compare le nombre de moles d’un composant au nombre total de moles de toutes les substances du mélange. Une mole est simplement une unité de comptage des particules, tout comme « douzaine » désigne 12 éléments. Ce calculateur détermine la fraction molaire de chaque composant d’une solution ou d’un mélange gazeux lorsque le nombre de moles de chaque élément est connu.

Formule de la fraction molaire

La fraction molaire d’un composant correspond à son nombre de moles divisé par le nombre total de moles de tous les composants réunis.

χᵢ = nᵢ / n_total

• χᵢ (chi) est la fraction molaire du composant i
• nᵢ est le nombre de moles du composant i
• n_total est la somme des nombres de moles de tous les composants du mélange

La fraction molaire n’a pas d’unité, car il s’agit du rapport entre deux quantités de même nature. Sa valeur est toujours comprise entre 0 et 1. Une valeur de 0 signifie que le composant est absent. Une valeur de 1 signifie que le mélange est constitué uniquement de ce composant.

Comment calculer une fraction molaire

1. Dressez la liste de tous les composants du mélange et indiquez le nombre de moles de chacun. Si la masse d’un composant est connue à la place de son nombre de moles, divisez d’abord la masse par la masse molaire de la substance pour obtenir le nombre de moles.
2. Additionnez les nombres de moles de tous les composants afin d’obtenir le nombre total de moles.
3. Divisez le nombre de moles d’un composant par le nombre total de moles. Le résultat est la fraction molaire de ce composant.
4. Répétez l’opération pour chaque composant. Dans tout mélange réel, la somme des fractions molaires de tous les composants est égale à 1.

Le calculateur de cette page effectue automatiquement ces étapes. Saisissez un nom et une valeur en moles pour chaque composant : il recalcule chaque fraction molaire dès qu’une valeur est modifiée. Il n’accepte que les nombres nuls ou positifs, car une quantité négative de moles n’a pas de sens physique ; une valeur négative est signalée et comptée comme 0.

Pour chaque composant, le tableau des résultats affiche la fraction molaire avec quatre décimales, ainsi que la même valeur sous forme de pourcentage avec deux décimales. Une ligne Total additionne les valeurs en moles et les fractions molaires. Un diagramme circulaire situé sous le tableau montre la proportion de chaque composant. Si toutes les valeurs en moles sont vides ou égales à zéro, le total est 0, aucune fraction molaire n’est définie et le calculateur affiche un message demandant de saisir des valeurs, tout en indiquant 0 pour chaque fraction.

Exemple détaillé : deux composants

Une solution contient 2,0 moles d’éthanol et 3,0 moles d’eau.

• Nombre total de moles = 2,0 + 3,0 = 5,0
• Fraction molaire de l’éthanol = 2,0 / 5,0 = 0,40
• Fraction molaire de l’eau = 3,0 / 5,0 = 0,60

Vérification : 0,40 + 0,60 = 1,00, comme prévu.

Exemple détaillé : trois composants

Un mélange gazeux contient 1,5 mole d’azote, 0,5 mole d’oxygène et 0,2 mole d’argon.

• Nombre total de moles = 1,5 + 0,5 + 0,2 = 2,2
• Fraction molaire de l’azote = 1,5 / 2,2 ≈ 0,682
• Fraction molaire de l’oxygène = 0,5 / 2,2 ≈ 0,227
• Fraction molaire de l’argon = 0,2 / 2,2 ≈ 0,091

Vérification : 0,682 + 0,227 + 0,091 = 1,000.

Propriétés de la fraction molaire

• Aucune unité. Il s’agit d’un simple rapport, qui ne possède donc aucune unité de mesure.
• La somme est égale à 1. Dans tout mélange réel, les fractions molaires de tous les composants ont une somme égale à 1.
• La valeur est comprise entre 0 et 1. Un composant qui constitue la totalité du mélange a une fraction molaire de 1.
• Elle ne dépend ni de la température ni de la pression. Comme la fraction molaire est un rapport entre des quantités de matière, chauffer ou refroidir le mélange ne la modifie pas, contrairement aux unités de concentration fondées sur le volume.
• Elle se convertit facilement en pourcentage. Multipliez la fraction molaire par 100 pour obtenir le pourcentage molaire. Une fraction molaire de 0,25 équivaut à 25 mol %.

Fraction molaire et autres unités de concentration

Les chimistes utilisent plusieurs méthodes pour décrire la quantité d’une substance présente dans un mélange :

• La molarité correspond au nombre de moles d’une substance par litre de solution.
• La molalité correspond au nombre de moles d’une substance par kilogramme de solvant.
• La fraction massique correspond à la masse d’une substance divisée par la masse totale du mélange.

La fraction molaire se distingue de ces grandeurs, car elle compte les particules plutôt que la masse ou le volume. Elle est donc utile lorsque le nombre de particules compte davantage que leur masse, notamment dans les lois des gaz et l’étude de la pression de vapeur.

Applications de la fraction molaire

• La loi de Raoult utilise la fraction molaire d’un solvant pour prévoir dans quelle mesure une substance dissoute diminue sa pression de vapeur.
• La loi de Dalton sur les pressions partielles indique que la pression partielle d’un gaz dans un mélange est égale à sa fraction molaire multipliée par la pression totale : Pᵢ = χᵢ × P_total.
• Les propriétés colligatives, comme l’élévation du point d’ébullition et l’abaissement du point de congélation, dépendent de la fraction molaire de la substance dissoute.
• La préparation de solutions en laboratoire et dans l’industrie précise souvent des fractions molaires exactes afin de contrôler les propriétés d’un mélange.

Foire aux questions

Quelle est la différence entre la fraction molaire et la fraction massique ?
La fraction molaire compare le nombre de moles de chaque composant. La fraction massique compare la masse de chaque composant. Ces deux fractions sont égales uniquement lorsque tous les composants ont la même masse molaire.

Une fraction molaire peut-elle être supérieure à 1 ?
Non. Une fraction molaire ne peut pas dépasser 1, puisqu’un composant ne peut pas représenter une proportion supérieure à la totalité du mélange. Dans un mélange réel, la somme des fractions molaires de tous les composants est exactement égale à 1.

Comment convertir une fraction molaire en pourcentage ?
Multipliez la fraction molaire par 100. Par exemple, une fraction molaire de 0,15 équivaut à 15 mol %.

Comment trouver la fraction molaire lorsque seule la masse de chaque composant est connue ?
Convertissez d’abord chaque masse en moles, à l’aide de la relation nombre de moles = masse ÷ masse molaire. Divisez ensuite le nombre de moles de chaque composant par le nombre total de moles pour obtenir sa fraction molaire.

Que se passe-t-il si un composant a un nombre de moles égal à zéro ?
Sa fraction molaire est égale à 0, ce qui signifie qu’il n’est pas présent dans le mélange. Le calculateur gère ce cas sans erreur et le diagramme circulaire omet tout composant dont la fraction molaire est égale à 0.

La fraction molaire s’applique-t-elle aussi bien aux gaz qu’aux liquides ?
Oui. La fraction molaire s’applique aux mélanges quelle que soit leur phase, notamment aux mélanges gazeux, aux solutions liquides et aux mélanges solides comme les alliages.