Calculateur de Fraction Molaire - Outil Chimique Gratuit en Ligne

Qu’est-ce que la fraction molaire ?

La fraction molaire est une façon de décrire quelle part d’un mélange est constituée d’une substance donnée. Elle compare le nombre de moles d’un composant au nombre total de moles de tout ce que contient le mélange. Une mole est simplement une unité pour compter des particules, un peu comme « douzaine » signifie 12. Ce calculateur détermine la fraction molaire de chaque composant d’une solution ou d’un mélange gazeux dès que le nombre de moles de chaque partie est connu.

Formule de la fraction molaire

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

χᵢ = nᵢ / n_total

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

La fraction molaire n’a pas d’unité, car c’est le rapport d’une quantité à une autre quantité 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 de ce seul composant.

Comment calculer la fraction molaire

1. Listez chaque composant du mélange et 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 les moles.
2. Additionnez les moles de tous les composants pour 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. Les fractions molaires de tous les composants d’un mélange totalisent toujours 1.

Le calculateur de cette page effectue ces étapes automatiquement. Saisissez un nom et une valeur en moles pour chaque composant, et il calcule chaque fraction molaire dès que les valeurs changent. Il n’accepte que des nombres nuls ou positifs, car une quantité négative de moles n’a aucun sens physique.

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

• Sans unité. C’est un simple rapport, qui n’a donc aucune unité de mesure.
• Somme égale à un. Les fractions molaires de tous les composants d’un mélange totalisent toujours 1.
• Comprise entre 0 et 1. Un composant qui constitue tout le mélange a une fraction molaire de 1.
• Indépendante de la température et de la pression. Comme la fraction molaire est un rapport de quantités, chauffer ou refroidir le mélange ne la modifie pas, contrairement aux unités de concentration fondées sur le volume.
• 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 disposent de plusieurs façons de décrire la quantité d’une substance dans un mélange :

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

La fraction molaire se distingue de ces grandeurs parce qu’elle compte des particules plutôt qu’une masse ou un volume. Elle est donc utile lorsque le nombre de particules importe plus que leur masse, par exemple pour les lois des gaz et la pression de vapeur.

Où la fraction molaire est utilisée

• La loi de Raoult énonce que la pression de vapeur d’un solvant est égale à sa fraction molaire multipliée par la pression de vapeur du solvant pur. Elle permet de prévoir de combien une substance dissoute abaisse la pression de vapeur.
• La loi de Dalton sur les pressions partielles énonce 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 uniquement de la quantité de soluté dissous, et non de sa nature. La fraction molaire est une façon d’exprimer cette quantité.
• La préparation de solutions en laboratoire et dans l’industrie précise souvent des fractions molaires exactes afin de contrôler les propriétés d’un mélange.

Questions fréquentes

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. Les deux ne sont égales que si 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, car un composant ne peut pas représenter plus que la totalité du mélange. Les fractions molaires de tous les composants totalisent toujours exactement 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 quand on ne connaît que la masse de chaque composant ? Convertissez d’abord chaque masse en moles, avec 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 zéro mole ? Sa fraction molaire est de 0, ce qui signifie qu’il n’est pas présent dans le mélange. Le calculateur gère ce cas sans erreur.

La fraction molaire s’applique-t-elle aux gaz comme aux liquides ? Oui. La fraction molaire s’applique aux mélanges de toute phase, y compris les mélanges gazeux, les solutions liquides et les mélanges solides tels que les alliages.

Références

1. Institut national des normes et de la technologie (NIST). NIST Guide to the SI, Chapter 8: Comments on Some Quantities and Their Units. NIST SP 811, chapitre 8 — la fraction molaire x_B = n_B/n est une grandeur de dimension un ; quantité de matière à partir de la masse et de la masse molaire.
2. OpenStax (Université Rice). Chemistry 2e, 9.3 Stoichiometry of Gaseous Substances, Mixtures, and Reactions. Chemistry 2e, section 9.3 — loi de Dalton et P_A = X_A × P_total.
3. OpenStax (Université Rice). Chemistry 2e, 11.4 Colligative Properties. Chemistry 2e, section 11.4 — loi de Raoult et définition des propriétés colligatives.