Nell’ambito delle grandezze impiegate per esprimere la concentrazione di una specie chimica in soluzione si annovera la frazione molare che è definita come moli della specie / moli totali ed è un numero adimensionale. Quando sono presenti più specie la somma delle frazioni molari è uguale a 1.
Esercizi svolti
1) Calcolare la frazione molare di NaCl in una soluzione in cui 0.100 moli di NaCl sono disciolti in 100.0 g di acqua
Calcoliamo le moli di acqua:
moli di acqua = 100.0 g / 18.02 g/mol = 5.55
moli totali = 5.55 + 0.100 = 5.65
frazione molare di NaCl = 0.100 / 5.65 = 0.0177
a riprova possiamo calcolare la frazione molare di acqua:
frazione molare di acqua = 5.56 / 5.65 = 0.984
La somma delle frazioni molari deve essere uguale a 1
0.984 + 0.0177 = 1.00
2) Una soluzione acquosa di saccarosio è 1.62 m. Calcolare la frazione molare di saccarosio presente nella soluzione.
La molalità m è data dal rapporto tra le moli di soluto e la massa del solvente espressa in Kg.
1.62 m significa 1.62 moli di saccarosio per kg di acqua.
Calcoliamo le moli di acqua che corrispondono a 1 kg (= 1000 g)
Moli = 1000 g / 18.02 g/mol = 55.5
La frazione molare di saccarosio ci è quindi data da: 1.62 / 1.62 + 55.5 = 0.0284
3) Calcolare la massa di acqua necessaria per ottenere una soluzione la cui frazione molare in saccarosio è 0.020 disponendo di 100.0 g di saccarosio.
Le moli di saccarosio C12H22O11 sono pari a 100.0 g / 342.29 g/mol = 0.292
Sostituiamo i valori nella formula della frazione molare:
0.020 = 0.292 / X
X = moli totali = 14.6
Le moli di acqua si ottengono sottraendo alle moli totali quelle si saccarosio:
moli di acqua = 14.6 – 0.292 = 14.3
La massa di acqua necessaria è quindi pari a 14.3 mol ∙ 18.02 g/mol =257.8 g
4) Calcolare la frazione molare di acido cinnamico in una soluzione al 50.0% m/m di urea
Si assumano 100.0 g di soluzione. Essendo la soluzione al 50.0 % in massa si hanno 50.0 g di acido cinnamico e 50.0 g di urea.
Calcoliamo le moli di ciascun componente tenendo conto dei rispettivi pesi molecolari:
moli di urea CO(NH2)2 = 50.0 g / 60.06 g/mol = 0.833
moli di acido cinnamico C9H8O2 = 50.0 g / 148.17 g/mol = 0.338
Le moli totali sono quindi pari a 0.833 + 0.338 = 1.17
frazione molare dell’acido cinnamico = 0.338 / 1.17 = 0.289
5) Calcolare la frazione molare dell’acqua in una soluzione 0.6350 M di H2SO4 avente densità pari a 1.0385 g/mL tenendo conto che la moli totali di soluto presenti sono dovute alla totale dissociazione di H2SO4 in H+ e HSO4–
Dalla definizione di Molarità si ha: Molarità = moli di soluto / volume di soluzione (in L)
Assumiamo 1.00 L di soluzione: ciò implica che le moli di acido sono 0.6350 che corrispondono a 0.6350 mol ∙ 98.078 g/mol = 62.28 g
Inoltre le moli totali di soluto dovute alla dissociazione dell’acido sono pari a 2 ∙ 0.6350 = 1.270
La massa della soluzione è pari a 1000 mL ∙1.0385 g/mL = 1038.5 g mentre la massa di acqua vale 1038.5 – 62.28 g = 976.2 g
Le moli di acqua sono pari a 976.2 g / 18.02 g/mol = 54.2
Pertanto la frazione molare dell’acqua vale 54.2 / 54.2 + 1.270 = 0.977