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Fração molar

Química

A fração molar é uma modalidade utilizada para cálculo de concentração de soluções que relaciona número de mol de um componente com o número de mol da mistura.
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Fração molar é a relação estabelecida entre o número de mol de uma determinada matéria e o número de mol de toda a mistura em que a matéria está inserida. A letra que representa essa relação é o X maiúsculo.

X = número de mol da matéria Y
     Número de mol da mistura

Comumente, a fração molar é utilizada para determinar a concentração de uma solução; assim, ela pode ser denominada de fração em quantidade de matéria da solução. A solução (mistura homogênea) é formada pela mistura de um soluto e um solvente, o que possibilita obtermos tanto a fração molar do soluto quanto a fração molar do solvente, da seguinte forma:

X1 = n1
        n

A fração molar do soluto é determinada pela divisão do número de mol do soluto pelo número de mol da solução.

X2 = n2
        n

A fração molar do solvente é determinada pela divisão do número de mol do solvente pelo número de mol da solução.

Observando as formas de determinar a fração molar, é notório que não há como calculá-la sem conhecer os números de mol do soluto, do solvente e da solução. Veja as expressões matemáticas utilizadas para a determinação de todos esses números de mol:

  • Número de mol do soluto

n1 = m1
       M1

Para calcular o número de mol do soluto, é necessário conhecer a massa do soluto (m1) utilizada na mistura e a sua massa molar (M1).

  • Número de mol do solvente

n2 = m2
       M2

Para calcular o número de mol do solvente (n2), é necessário conhecer a massa do solvente (m2) utilizada na mistura e a sua massa molar (M2).

  • Número de mol da solução

n = n1 + n2

Para determinar o número de mol da solução (mistura), basta somar o número de mol do soluto com o número de mol do solvente.

O número de mol do solvente e o do soluto sempre são menores que o número de mol da solução. Por essa razão, a fração molar sempre resultará em um valor entre 0 e 1. Como soluto e solvente formam o inteiro, que é a solução, quando somamos as suas frações molares, o resultado sempre será 1.

X1 + X2 = 1

Assim, como os valores da fração molar são geralmente na ordem decimal ou centesimal, é comum representá-la em porcentagem (P). Para converter o valor da fração molar em porcentagem, basta multiplicar o valor encontrado para ela por 100:

P = X.100

Vamos acompanhar agora alguns exemplos de cálculos envolvendo a fração molar:

Exemplo 1: Sabendo que uma mistura gasosa foi formada a partir de 0,6 mol de CO2 com 1,2 mol de N2, determine as frações molares do gás carbônico e do nitrogênio presentes nessa mistura.

Dados do exercício:

Como o Nitrogênio está em maior quantidade, ele será o solvente, e o gás carbônico será o soluto, logo:

X1 = ?

X2 = ?

n1 = 0,6 mol

n2 = 1,2 mol

Como temos o número de mol do soluto e do solvente, podemos determinar o número de mol da solução:

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n = n1 + n2

n = 0,6 + 1,2

n = 1,8

Tendo em mãos os números de mol de todos os participantes e da solução, basta calcular as frações molares:

  • Para o CO2

X1 = n1
       n

X1 = 0,6
       1,8

X1 = 0, 333

  • Para o N2

X2 = n2
        n

X2 = 1,2
       1,8

X2 = 0,666

Exemplo 2: Uma solução aquosa apresenta 30% de hidróxido de potássio (KOH). Determine o número de mol da água presente na solução, tendo conhecimento de que o número de mol do soluto é de 0,15 mol.

Dados do exercício:

Porcentagem do soluto (P) = 30%

n1 = 0,15 mol

n2 = ?

Para calcularmos o número de mol do solvente utilizando os dados que o exercício forneceu, deveremos calcular obrigatoriamente os valores da fração molar do soluto e o número de mol da solução.

Para encontrar a fração molar do soluto, utilizaremos a porcentagem do soluto na expressão abaixo:

P = X1.100

X1 = P
     100

X1 = 30
      100

X1 = 0,3

Conhecendo a fração molar e o número de mol do soluto, podemos encontrar o valor do número de mol da solução por meio da expressão:

X1 = n1
        n

0,3 = 0,15
           n

n = 0,15
       0,3

n = 0,5

O número de mol da água (solvente) requerido pelo enunciado pode ser encontrado por meio da expressão do número de mol da solução porque conhecemos o número de mol do soluto e da solução:

n = n1 + n2

0,5 = 0,15 +n2

n2 = 0,5 – 0,15

n2 = 0,35 mol

Exemplo 3: Uma solução foi preparada por meio da dissolução de 40 g de naftaleno em 600 mL de benzeno líquido, a 20°C. Sabendo que a densidade do benzeno na temperatura dada é de 0,87 g . mL-1, determine a fração molar do benzeno e do naftaleno na solução. (Massas molares: Benzeno = 78 g/mol; Naftaleno = 128 g/mol)

Dados do exercício:

m1 = 40 g

m2 =?

M1 = 128 g/mol

M2 = 78 g/mol

d2 = 0,87 g.mL-1

V2 = 600 mL

Inicialmente determinaremos a massa do solvente a partir do volume e densidade fornecidos para ele:

d2 = m2
        V2

0,87 = m2
          600

m2 = 0,87.600

m2 = 522g

Para determinar as frações molares, precisamos dos números de mol. Como o exercício não os forneceu, o primeiro passo é calculá-los:

  • Número de mol do soluto

n1 = m1
       M1

n1 = 40
      128

n1 = 0,3125 mol

  • Número de mol do solvente

n2 = m2
       M2

n2 = 522
        78

n2 = 6,6923 mol

  • Número de mol da solução:

n = n1 + n2

n = 0,3125 + 6,6923

n = 7,0048

Tendo em mãos os números de mol de todos os participantes e da solução, basta calcular as frações molares:

  • Para o soluto

X1 = n1
       n

X1 = 0,3125
       7,0048

X1 = 0, 044

  • Para o solvente

X2 = n2
        n

X2 = 6,6923
       7,0048

X2 = 0,9553


Por Me. Diogo Lopes Dias

Símbolo que representa a fração molar
Símbolo que representa a fração molar

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

DIAS, Diogo Lopes. "Fração molar"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/fracao-molar.htm. Acesso em 20 de outubro de 2019.

Lista de Exercícios
Questão 1

Uma solução foi preparada pela dissolução de 40 g de naftaleno em 400 mL de benzeno líquido a 80 °C. Sabendo que a densidade do benzeno nessa temperatura é igual a 0,87 g.mL-1, qual é o valor da fração molar do naftaleno para essa solução? (Dados: massa molar do naftaleno: 128 g/mol; massa molar do benzeno: 78 g/mol).

a) 0,0065

b) 0,56

c) 0,065

d) 0,65

e) 0,056

Questão 2

Uma solução contém 45 g de glicose (C6H12O6), 120 g de ácido acético (C2H4O2) e 90 g de água (H2O). Qual a fração molar do ácido acético na solução? (Dados: massa molar da glicose: 180 g/mol; massa molar do ácido acético: g/mol; massa molar da água: 18 g/mol)

a) 0,27.

b) 0,37.

c) 0,47.

d) 0,17.

e) 0,07.

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