Что такое мольная доля
Мольная доля χ(i) компонента i равна отношению его количества вещества n(i) к сумме количеств вещества всех компонентов. Величина безразмерная и лежит от нуля до единицы; для чистого вещества она равна единице, а для отсутствующего компонента — нулю.
Калькулятор выводит значение в мольных процентах, то есть умноженным на 100, потому что общая операция «часть от целого» возвращает проценты. Чтобы получить привычное χ, достаточно сдвинуть запятую на два знака влево: 40 процентов превращаются в 0,4.
Как подготовить исходные данные
Если известны массы, сначала рассчитайте количества вещества по формуле n = m / M, где M — молярная масса в граммах на моль. Для смеси 69 г этанола (46,07 г/моль) и 72 г воды (18,02 г/моль) получится примерно 1,498 моль этанола и 3,996 моль воды, общее количество вещества — около 5,49 моль.
При этом в знаменатель попадают все компоненты, включая растворитель. Распространённая ошибка — делить количество вещества на количество растворителя вместо суммы: тогда получается не мольная доля, а мольное отношение, которое может превышать единицу.
Числовые примеры
Для смеси из 2 моль A и 3 моль B мольная доля A равна 2 / 5 = 0,4, а B — 3 / 5 = 0,6; вместе они дают единицу. Для раствора 1,5 моль этанола в 4 моль воды общее количество вещества 5,5 моль, мольная доля воды равна 4 / 5,5 ≈ 0,7273, этанола — около 0,2727.
Малые доли встречаются в разбавленных растворах: 0,02 моль вещества в 50 моль смеси дают 0,0004, то есть 0,04 мольного процента. Предельные случаи очевидны: единственный компонент имеет долю 100 %, а компонент с нулём молей — 0 %.
Где применяется мольная доля
В законе Рауля понижение давления пара растворителя над идеальным раствором пропорционально мольной доле растворённого вещества. В законе Дальтона парциальное давление газа в смеси равно его мольной доле, умноженной на общее давление. Именно поэтому мольная доля удобнее массовой для газов и идеальных растворов.
Для практических задач по приготовлению растворов чаще используют массовую долю или молярную концентрацию, а мольную долю применяют в физической химии и при расчёте равновесий. Переход между ними требует молярных масс и, для молярности, плотности раствора.
Ограничения расчёта
Калькулятор принимает количество вещества в молях и не проверяет, что введённые числа согласованы между собой: если компонент указан больше общего количества, результат превысит 100 процентов, и это сигнал об ошибке в исходных данных.
Мольная доля описывает только состав смеси. Она не говорит об идеальности раствора, растворимости или о том, пройдёт ли реакция, поэтому для таких выводов нужны дополнительные данные и справочные величины.
Формула расчёта
χ(i) = n(i) / Σn · 100 %
Проверенные примеры
В смеси 2 моль вещества A и 3 моль вещества B. Какова мольная доля A?
Σn = 2 + 3 = 5 моль; χ(A) = 2 / 5 = 0,4, то есть 40 мольных процентов.
В растворе 1,5 моль этанола и 4 моль воды. Какова мольная доля воды?
Σn = 5,5 моль; χ(вода) = 4 / 5,5 ≈ 0,7273, то есть около 72,73 %.
Как пользоваться онлайн-калькулятором
- Переведите массы компонентов в количества вещества: n = m / M.
- Сложите количества вещества всех компонентов, включая растворитель, — это общее количество вещества.
- Введите количество вещества нужного компонента и общее количество вещества.
- Нажмите «Рассчитать» и при необходимости разделите результат на 100, чтобы получить χ.