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、すべての成分の物質量の合計で割った値です。

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. 各成分について繰り返します。混合物中のすべての成分のモル分率の合計は、常に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で行います。各成分の名前とモル数を入力すると、値が変わるたびにすべてのモル分率を計算します。負のモル数には物理的な意味がないため、ゼロまたは正の数のみ受け付けます。

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。
• **合計は一になります。**混合物中のすべての成分のモル分率の合計は、常に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

• ラウールの法則は、溶媒の蒸気圧は、そのモル分率に純溶媒の蒸気圧を掛けた値に等しいと述べています。これにより、溶けている物質が蒸気圧をどの程度下げるかを予測できます。
• ドルトンの分圧の法則は、混合気体中のある気体の分圧は、そ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（沸点上昇や凝固点降下など）は、溶けている溶質の量だけに依存し、溶質の種類には依存しません。モル分率は、その量を表す方法の一つです。
• 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。

モル分率は1より大きくなることはありますか？ いいえ。モル分率は1を超えることはありません。ある成分が混合物全体より多くを占めることはないためです。すべての成分のモル分率の合計は、常にちょうど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。

成分のモル数がゼロの場合はどうなりますか？ そのモル分率は0で、その成分が実際には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。

参考文献

1. 米国国立標準技術研究所。NIST Guide to the SI, Chapter 8: Comments on Some Quantities and Their Units。NIST SP 811 第8章 — モル分率 x_B = n_B/n は次元が一の量であること、質量とモル質量から物質量を求める方法。
2. OpenStax（ライス大学）。Chemistry 2e, 9.3 Stoichiometry of Gaseous Substances, Mixtures, and Reactions。Chemistry 2e 第9.3節 — ドルトンの法則と P_A = X_A × P_total。
3. OpenStax（ライス大学）。Chemistry 2e, 11.4 Colligative Properties。Chemistry 2e 第11.4節 — ラウールの法則と束一的性質の定義。