¿Qué es la Fracción Molar?
La fracción molar es una forma precisa de expresar la concentración en soluciones y se utiliza con frecuencia en química, especialmente en el estudio de propiedades coligativas.
La fracción molar es una unidad química para expresar la concentración de soluto en una disolución. Nos expresa la proporción en que se encuentran los moles de soluto con respecto a los moles totales de disolución, que se calculan sumando los moles de soluto(s) y de disolvente.
A diferencia de otras concentraciones, la fracción molar no depende de la temperatura y es útil para analizar soluciones donde tanto el soluto como el disolvente pueden estar presentes en diferentes cantidades. Como el volumen de una disolución depende de la temperatura y de la presión; cuando éstas cambian, el volumen cambia con ellas. Además cabe notar que en los gases ideales la variación del volumen será proporcional para cada uno de los solutos, y por lo tanto también para la solución.
La fracción molar es una medida de concentración que representa la relación entre el número de moles de un componente (soluto o disolvente) y el número total de moles en la solución. La fracción molar, también llamada fracción de mol, es una magnitud que expresa el número de moles de soluto por cada mol de partículas de la solución.
Es importante destacar que la fracción molar es una magnitud sin unidades ya que se halla al dividir el número de moles de soluto de una solución determinada entre el número total de moles de dicha solución. Por esta razón, la Fracción Molar es una unidad de concentración adimensional.
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Fórmula y Cálculo de la Fracción Molar
El cálculo de la fracción molar se basa en la relación de los moles de un componente respecto al total de moles en la solución.
Para la comprensión de la fórmula, es fundamental conocer la notación de las variables. Así, nsto, son los moles de soluto, Xsto fracción molar de soluto, nsol número de moles de solución, Xste fracción molar de solvente, y nste número de moles de solvente.
Una característica importante es que la sumatoria de las fracciones molares de soluto y las fracciones molares del solvente serán siempre igual a 1.
Cuando los datos iniciales se proporcionan en gramos, un paso previo crucial es convertir estas masas a moles. En tales casos, si se tienen los gramos de soluto y los gramos del solvente pero no se tienen sus fracciones molares, se necesitan aplicar las fórmulas para el cálculo del número de moles de soluto y solvente, utilizándose los gramos dados, con el peso molecular respectivo.
Para determinar el peso molecular de las sustancias, es preciso consultar una tabla periódica. Por ejemplo, ve a la tabla periódica e investiga la masa del carbono (C) del oxígeno (O), del hidrógeno (H), y obtén el pm.
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A modo de ilustración, para el alcohol etílico, los moles de alcohol etílico se denotan como nalcohol et., y su fracción molar correspondiente se representa como xalcohol et..
Ejemplos Prácticos y Ejercicios Propuestos
A continuación, se presentan diversos ejemplos y ejercicios que demuestran la aplicación y cálculo de la fracción molar en diferentes escenarios.
Ejemplo Resuelto
En una mezcla binaria de 6 moles de etanol y 4 moles de agua, lo que da un total de 10 moles:
- La fracción molar del etanol es de 6/10 = 0,6
- Mientras que la fracción molar del agua es 4/10 = 0,4
Otros Ejemplos
- Se prepara una solución mezclando 2 moles de etanol (C₂H₆O) y 8 moles de agua (H₂O).
- En una solución se mezclan 0.5 moles de NaCl con 2 moles de agua.
- Se prepara una solución añadiendo 0.5 moles de cloruro de sodio (NaCl) a suficiente agua para hacer un total de 1.2 moles de solución.
- Se disuelven 92 gramos de sacarosa (C12H22O11) en 500 gramos de agua (H2O).
Ejercicios para Practicar
- Sea una disolución de ácido sulfúrico H2SO4 de 93% en peso y con densidad 1,83 g/ml. Calcular la fracción molar del ácido.
- Sea una disolución de 70 gramos de glicerina (C3H8O3), 20 gramos de metanol (CH3OH) y 250 gramos de agua (H2O).
- Calcular la cantidad en gramos de cada uno de los componentes de una disolución de agua (H2O), glicerina (C3H8O3) y metanol (CH3OH) en las que: xglicerina = 0,044, xmetanol = 0,056, xagua = 0,9.
- Determinar la fracción molar de soluto de una disolución formada por 12 g de hidróxido de calcio, Ca(OH)2, en 200 g de agua, H2O, si la densidad de esta disolución en 1050 kgm-3. Soluto: Ca(OH)2; disolvente: H2O.
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