モル分率計算機 - 無料のオンライン化学ツール

モル分率とは？

モル分率は、混合物が特定の物質をどの程度含んでいるかを表す方法です。混合物中のある成分の物質量を、混合物全体の物質量と比較します。モルは粒子を数える単位で、「ダース」が12を意味するのとよく似ています。この計算機は、各成分の物質量が分かっていれば、溶液または気体混合物中の各成分のモル分率を求めます。

モル分率の公式

成分のモル分率は、その成分の物質量を全成分の物質量の合計で割ったものです。

χᵢ = nᵢ / n_total

• χᵢ（カイ）は成分 i のモル分率
• nᵢ は成分 i の物質量
• n_total は混合物中の全成分の物質量の合計

モル分率には単位がありません。同じ種類の量どうしの比だからです。その値は常に0から1の間になります。0は、その成分が存在しないことを意味します。1は、混合物がその成分だけで構成されていることを意味します。

モル分率の計算方法

1. 混合物中の全成分と、それぞれの物質量を列挙します。物質量ではなく成分の質量が分かっている場合は、まず質量をその物質のモル質量で割って物質量を求めます。
2. 全成分の物質量を合計して、全物質量を求めます。
3. ある成分の物質量を全物質量で割ります。その結果が、その成分のモル分率です。
4. 各成分についてこの計算を繰り返します。実在する混合物では、全成分のモル分率の合計は1になります。

このページの計算機は、これらの手順を自動的に実行します。各成分の名前と物質量を入力すると、値が変わるたびにすべてのモル分率を再計算します。負の物質量には物理的な意味がないため、0以上の数値だけを受け付けます。負の入力値には警告が表示され、0として扱われます。

各成分について、結果表にはモル分率が小数点以下4桁まで、同じ値を百分率にしたものが小数点以下2桁まで表示されます。「合計」行には物質量とモル分率の合計が示されます。表の下の円グラフには、各成分の割合が表示されます。すべての物質量が空欄またはゼロの場合、合計は0となり、モル分率は定義されません。計算機は値の入力を求める通知を表示し、すべての分率を0として報告します。

計算例：2成分

ある溶液には、エタノールが2.0 mol、水が3.0 mol含まれています。

• 全物質量 = 2.0 + 3.0 = 5.0
• エタノールのモル分率 = 2.0 / 5.0 = 0.40
• 水のモル分率 = 3.0 / 5.0 = 0.60

確認：0.40 + 0.60 = 1.00となり、予想どおりです。

計算例：3成分

ある気体混合物には、窒素が1.5 mol、酸素が0.5 mol、アルゴンが0.2 mol含まれています。

• 全物質量 = 1.5 + 0.5 + 0.2 = 2.2
• 窒素のモル分率 = 1.5 / 2.2 ≈ 0.682
• 酸素のモル分率 = 0.5 / 2.2 ≈ 0.227
• アルゴンのモル分率 = 0.2 / 2.2 ≈ 0.091

確認：0.682 + 0.227 + 0.091 = 1.000。

モル分率の性質

• 単位がない。 単純な比なので、測定単位を持ちません。
• 合計が1になる。 実在する混合物では、全成分のモル分率の合計は1になります。
• 0から1の範囲にある。 混合物全体を占める成分のモル分率は1です。
• 温度や圧力に依存しない。 モル分率は物質量の比なので、体積に基づく濃度の単位とは異なり、混合物を加熱または冷却しても変化しません。
• 百分率に簡単に変換できる。 モル分率に100を掛けるとモル百分率になります。モル分率0.25は25 mol%に相当します。

モル分率とその他の濃度の単位

化学では、混合物中に物質がどの程度含まれているかを表すために、いくつかの方法が使われます。

• モル濃度は、溶液1リットル当たりの物質量です。
• 質量モル濃度は、溶媒1キログラム当たりの物質量です。
• 質量分率は、物質の質量を混合物全体の質量で割ったものです。

モル分率は、質量や体積ではなく粒子の数を数える点で、これらとは異なります。そのため、粒子の質量よりも数が重要になる気体の法則や蒸気圧などの場面で役立ちます。

モル分率の用途

• ラウールの法則では、溶媒のモル分率を使って、溶質によって蒸気圧がどの程度低下するかを予測します。
• ダルトンの分圧の法則は、混合気体中の気体の分圧が、その気体のモル分率に全圧を掛けた値に等しいと述べています：Pᵢ = χᵢ × P_total。
• 束一的性質には、沸点上昇や凝固点降下などがあり、溶質のモル分率に依存します。
• 溶液の調製では、混合物の性質を制御するため、研究室や産業現場で正確なモル分率が指定されることがよくあります。

よくある質問

モル分率と質量分率の違いは何ですか？ モル分率は各成分の物質量を比較します。質量分率は各成分の質量を比較します。両者が等しくなるのは、すべての成分のモル質量が同じ場合に限られます。

モル分率が1を超えることはありますか？ いいえ。成分が混合物全体を超えて占めることはできないため、モル分率が1を超えることはありません。実在する混合物では、全成分のモル分率の合計は正確に1になります。

モル分率を百分率に変換するにはどうすればよいですか？ モル分率に100を掛けます。例えば、モル分率0.15は15 mol%に相当します。

各成分の質量しか分からない場合、モル分率はどのように求めますか？ まず、物質量 = 質量 ÷ モル質量を使って、各質量を物質量に変換します。次に、各成分の物質量を全物質量で割ると、その成分のモル分率が得られます。

成分の物質量がゼロの場合はどうなりますか？ その成分のモル分率は0で、混合物中に存在しないことを意味します。計算機はこれをエラーなしで処理し、モル分率が0の成分は円グラフから除外します。

モル分率は気体にも液体にも適用できますか？ はい。モル分率は、気体混合物、液体溶液、合金などの固体混合物を含む、あらゆる相の混合物に適用できます。