Калькулятор мольной доли - бесплатный онлайн-инструмент для химии

Что такое мольная доля?

Мольная доля показывает, какая часть смеси приходится на определённое вещество. Она сравнивает число молей одного компонента с общим числом молей всех веществ в смеси. Моль — это просто единица счёта частиц, подобно тому как «дюжина» означает 12. Этот калькулятор вычисляет мольную долю каждого компонента в растворе или газовой смеси, если известно число молей каждого компонента.

Формула мольной доли

Мольная доля компонента равна числу его молей, делённому на общее число молей всех компонентов.

χᵢ = nᵢ / n_total

• χᵢ (хи) — мольная доля компонента i
• nᵢ — число молей компонента i
• n_total — сумма молей всех компонентов смеси

Мольная доля не имеет единицы измерения, поскольку представляет собой отношение одной величины к другой величине того же типа. Её значение всегда находится между 0 и 1. Значение 0 означает, что компонент отсутствует. Значение 1 означает, что смесь состоит только из этого компонента.

Как вычислить мольную долю

1. Перечислите все компоненты смеси и число молей каждого из них. Если известна масса компонента, а не число его молей, сначала разделите массу на молярную массу вещества, чтобы получить число молей.
2. Сложите количества молей всех компонентов, чтобы получить общее число молей.
3. Разделите число молей одного компонента на общее число молей. Полученный результат — мольная доля этого компонента.
4. Повторите вычисление для каждого компонента. В любой реальной смеси сумма мольных долей всех компонентов равна 1.

Калькулятор на этой странице выполняет эти действия автоматически. Введите название и количество молей для каждого компонента — при каждом изменении значения он заново вычисляет все мольные доли. Принимаются только нулевые и положительные числа, поскольку отрицательное количество молей не имеет физического смысла; отрицательное значение помечается и учитывается как 0.

Для каждого компонента таблица результатов показывает мольную долю с точностью до четырёх знаков после запятой и то же значение в процентах с точностью до двух знаков после запятой. Строка «Итого» суммирует количества молей и мольные доли. Круговая диаграмма под таблицей показывает долю каждого компонента. Если все значения количества молей не указаны или равны нулю, итог составляет 0, мольная доля не определяется, и калькулятор показывает уведомление с просьбой ввести значения, указывая при этом каждую долю как 0.

Пример расчёта: два компонента

Раствор содержит 2,0 моль этанола и 3,0 моль воды.

• Общее число молей = 2,0 + 3,0 = 5,0
• Мольная доля этанола = 2,0 / 5,0 = 0,40
• Мольная доля воды = 3,0 / 5,0 = 0,60

Проверка: 0,40 + 0,60 = 1,00, как и ожидалось.

Пример расчёта: три компонента

Газовая смесь содержит 1,5 моль азота, 0,5 моль кислорода и 0,2 моль аргона.

• Общее число молей = 1,5 + 0,5 + 0,2 = 2,2
• Мольная доля азота = 1,5 / 2,2 ≈ 0,682
• Мольная доля кислорода = 0,5 / 2,2 ≈ 0,227
• Мольная доля аргона = 0,2 / 2,2 ≈ 0,091

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

Свойства мольной доли

• Не имеет единиц измерения. Это простое отношение, поэтому у него нет единицы измерения.
• В сумме равна единице. В любой реальной смеси сумма мольных долей всех компонентов равна 1.
• Находится в диапазоне от 0 до 1. Для компонента, составляющего всю смесь, мольная доля равна 1.
• Не зависит от температуры или давления. Поскольку мольная доля является отношением количеств вещества, нагревание или охлаждение смеси не изменяет её, в отличие от концентраций, основанных на объёме.
• Легко переводится в проценты. Умножьте мольную долю на 100, чтобы получить мольный процент. Мольная доля 0,25 равна 25 mol%.

Мольная доля и другие единицы концентрации

Химики используют несколько способов описания содержания вещества в смеси:

• Молярность — это число молей вещества в одном литре раствора.
• Моляльность — это число молей вещества на килограмм растворителя.
• Массовая доля — это масса вещества, делённая на общую массу смеси.

Мольная доля отличается от этих величин тем, что учитывает число частиц, а не массу или объём. Поэтому она полезна в ситуациях, где число частиц важнее их массы, например при изучении газовых законов и давления пара.

Где используется мольная доля

• Закон Рауля использует мольную долю растворителя для прогнозирования степени снижения давления его пара растворённым веществом.
• Закон Дальтона для парциальных давлений утверждает, что парциальное давление газа в смеси равно его мольной доле, умноженной на общее давление: Pᵢ = χᵢ × P_total.
• Коллигативные свойства, такие как повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания, зависят от мольной доли растворённого вещества.
• Приготовление растворов в лабораториях и промышленности часто предусматривает точные мольные доли для управления свойствами смеси.

Часто задаваемые вопросы

В чём разница между мольной и массовой долей? Мольная доля сравнивает число молей каждого компонента. Массовая доля сравнивает массу каждого компонента. Эти величины равны только тогда, когда все компоненты имеют одинаковую молярную массу.

Может ли мольная доля быть больше 1? Нет. Мольная доля не может быть больше 1, поскольку компонент не может составлять больше всей смеси. В реальной смеси сумма мольных долей всех компонентов точно равна 1.

Как перевести мольную долю в проценты? Умножьте мольную долю на 100. Например, мольной доле 0,15 соответствует 15 mol%.

Как найти мольную долю, если известна только масса каждого компонента? Сначала переведите массу каждого компонента в количество молей, используя формулу: количество молей = масса ÷ молярная масса. Затем разделите количество молей каждого компонента на общее количество молей, чтобы получить его мольную долю.

Что происходит, если компонент имеет нулевое количество молей? Его мольная доля равна 0, то есть он отсутствует в смеси. Калькулятор обрабатывает это без ошибок, а круговая диаграмма не показывает компоненты, мольная доля которых равна 0.

Применима ли мольная доля к газам и жидкостям? Да. Мольная доля применима к смесям в любой фазе, включая газовые смеси, жидкие растворы и твёрдые смеси, например сплавы.