Calcolatore di Frazione Molare - Strumento Gratuito di Chimica Online

Che cos’è la frazione molare?

La frazione molare descrive quanta parte di una miscela è costituita da una determinata sostanza. Confronta il numero di moli di un componente con il numero totale di moli di tutte le sostanze presenti nella miscela. La mole è semplicemente un’unità per contare le particelle, così come una «dozzina» indica 12 elementi. Questo calcolatore determina la frazione molare di ogni componente di una soluzione o di una miscela di gas quando è noto il numero di moli di ciascuna parte.

Formula della frazione molare

La frazione molare di un componente si ottiene dividendo le sue moli per il numero totale di moli di tutti i componenti.

χᵢ = nᵢ / n_total

• χᵢ (chi) è la frazione molare del componente i
• nᵢ è il numero di moli del componente i
• n_total è la somma delle moli di ogni componente della miscela

La frazione molare non ha unità di misura, perché è il rapporto tra due quantità dello stesso tipo. Il suo valore è sempre compreso tra 0 e 1. Un valore pari a 0 indica che il componente è assente. Un valore pari a 1 indica che la miscela è costituita esclusivamente da quel componente.

Come si calcola la frazione molare

1. Elencare ogni componente della miscela e il numero di moli di ciascuno. Se invece delle moli è nota la massa di un componente, dividere prima la massa per la massa molare della sostanza per ottenere le moli.
2. Sommare le moli di tutti i componenti per ottenere le moli totali.
3. Dividere le moli di un componente per le moli totali. Il risultato è la frazione molare di quel componente.
4. Ripetere il calcolo per ogni componente. In una miscela reale, la somma delle frazioni molari di tutti i componenti è 1.

Il calcolatore in questa pagina esegue automaticamente questi passaggi. È sufficiente inserire un nome e un valore in moli per ogni componente: il calcolatore ricalcola ogni frazione molare non appena cambia un valore. Accetta solo numeri pari a zero o positivi, perché una quantità negativa di moli non ha significato fisico; un valore negativo viene segnalato e conteggiato come 0.

Per ogni componente, la tabella dei risultati mostra la frazione molare con quattro cifre decimali e lo stesso valore espresso come percentuale con due cifre decimali. Una riga Totale somma i valori in moli e le frazioni molari. Un grafico a torta sotto la tabella mostra la quota di ciascun componente. Se tutti i valori in moli sono vuoti o pari a zero, il totale è 0, la frazione molare non è definita e il calcolatore mostra un avviso che richiede l’inserimento di valori, riportando però ogni frazione come 0.

Esempio svolto: due componenti

Una soluzione contiene 2,0 moli di etanolo e 3,0 moli di acqua.

• Moli totali = 2,0 + 3,0 = 5,0
• Frazione molare dell’etanolo = 2,0 / 5,0 = 0,40
• Frazione molare dell’acqua = 3,0 / 5,0 = 0,60

Verifica: 0,40 + 0,60 = 1,00, come previsto.

Esempio svolto: tre componenti

Una miscela di gas contiene 1,5 moli di azoto, 0,5 moli di ossigeno e 0,2 moli di argon.

• Moli totali = 1,5 + 0,5 + 0,2 = 2,2
• Frazione molare dell’azoto = 1,5 / 2,2 ≈ 0,682
• Frazione molare dell’ossigeno = 0,5 / 2,2 ≈ 0,227
• Frazione molare dell’argon = 0,2 / 2,2 ≈ 0,091

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

Proprietà della frazione molare

• Non ha unità di misura. È un semplice rapporto e quindi non esprime alcuna unità di misura.
• La somma è pari a uno. In una miscela reale, le frazioni molari di tutti i componenti sommate danno 1.
• È compresa tra 0 e 1. Un componente che costituisce l’intera miscela ha una frazione molare pari a 1.
• Non dipende dalla temperatura o dalla pressione. Poiché la frazione molare è un rapporto tra quantità, riscaldare o raffreddare la miscela non la modifica, a differenza delle unità di concentrazione basate sul volume.
• Si converte facilmente in percentuale. Moltiplicando la frazione molare per 100 si ottiene la percentuale molare. Una frazione molare di 0,25 equivale a 25 mol%.

Frazione molare e altre unità di concentrazione

I chimici utilizzano diversi modi per descrivere la quantità di una sostanza presente in una miscela:

• La molarità è il numero di moli di una sostanza per litro di soluzione.
• La molalità è il numero di moli di una sostanza per chilogrammo di solvente.
• La frazione massica è la massa di una sostanza divisa per la massa totale della miscela.

La frazione molare differisce da queste grandezze perché conta le particelle, anziché la massa o il volume. Per questo è utile nelle situazioni in cui conta maggiormente il numero di particelle rispetto alla loro massa, come nelle leggi dei gas e nella pressione di vapore.

Dove si usa la frazione molare

• La legge di Raoult usa la frazione molare di un solvente per prevedere quanto una sostanza disciolta riduca la pressione di vapore del solvente.
• La legge di Dalton delle pressioni parziali stabilisce che la pressione parziale di un gas in una miscela è uguale alla sua frazione molare moltiplicata per la pressione totale: Pᵢ = χᵢ × P_total.
• Le proprietà colligative, come l’innalzamento del punto di ebollizione e l’abbassamento del punto di congelamento, dipendono dalla frazione molare della sostanza disciolta.
• La preparazione delle soluzioni nei laboratori e nell’industria spesso specifica frazioni molari esatte per controllare le proprietà di una miscela.

Domande frequenti

Qual è la differenza tra frazione molare e frazione massica?
La frazione molare confronta il numero di moli di ciascun componente. La frazione massica confronta la massa di ciascun componente. Le due grandezze sono uguali solo quando tutti i componenti hanno la stessa massa molare.

Una frazione molare può essere maggiore di 1?
No. Una frazione molare non può superare 1, perché un componente non può costituire più dell’intera miscela. In una miscela reale, la somma delle frazioni molari di tutti i componenti è esattamente 1.

Come si converte una frazione molare in percentuale?
Si moltiplica la frazione molare per 100. Per esempio, una frazione molare di 0,15 equivale a 15 mol%.

Come si determina la frazione molare quando si conosce solo la massa di ciascun componente?
Si converte prima ogni massa in moli, usando moli = massa ÷ massa molare. Poi si dividono le moli di ciascun componente per le moli totali per ottenere la relativa frazione molare.

Che cosa succede se un componente ha zero moli?
La sua frazione molare è 0, il che significa che il componente non è presente nella miscela. Il calcolatore gestisce questo caso senza errori e il grafico a torta esclude ogni componente la cui frazione molare è 0.

La frazione molare si applica ai gas così come ai liquidi?
Sì. La frazione molare si applica alle miscele in qualsiasi fase, comprese le miscele di gas, le soluzioni liquide e le miscele solide come le leghe.