Молекулярная доля

Что такое молекулярная доля

Молекулярная доля (или мольная доля) — это безразмерная величина, равная отношению количества вещества данного компонента к общему количеству всех веществ в смеси. Обозначается греческой буквой χ (хи) или χᵢ для i-го компонента.

Основные особенности:

• Измеряется в долях единицы (от 0 до 1) или в процентах (от 0% до 100%)
• Не зависит от температуры и давления
• Сумма мольных долей всех компонентов смеси равна 1
• Показывает количественное соотношение молекул разных веществ

Формула расчета молекулярной доли

Основная формула для расчета мольной доли:

χᵢ = nᵢ / n_общ

Где:

• χᵢ — молекулярная доля i-го компонента
• nᵢ — количество вещества i-го компонента (моль)
• n_общ — общее количество всех веществ в смеси (моль)

Для выражения в процентах:

χᵢ(%) = (nᵢ / n_общ) × 100%

Как рассчитать молекулярную долю

Способ 1: Через количество вещества

Если известны количества веществ в молях:

1. Сложите количества всех компонентов: n_общ = n₁ + n₂ + … + nₙ
2. Разделите количество нужного вещества на общее: χᵢ = nᵢ / n_общ

Пример: В смеси содержится 2 моль азота (N₂) и 3 моль кислорода (O₂). Найти мольную долю азота.

Решение:

• n_общ = 2 + 3 = 5 моль
• χ(N₂) = 2 / 5 = 0,4 или 40%

Способ 2: Через массу и молярную массу

Если известны массы веществ:

1. Рассчитайте количество каждого вещества: n = m / M
2. Найдите общее количество вещества
3. Вычислите мольную долю по формуле выше

Пример: Смесь содержит 32 г метана (CH₄, M = 16 г/моль) и 88 г углекислого газа (CO₂, M = 44 г/моль). Найти мольную долю метана.

Решение:

• n(CH₄) = 32 / 16 = 2 моль
• n(CO₂) = 88 / 44 = 2 моль
• n_общ = 2 + 2 = 4 моль
• χ(CH₄) = 2 / 4 = 0,5 или 50%

Способ 3: Для газовых смесей при одинаковых условиях

Для идеальных газов при одинаковых температуре и давлении мольная доля равна объемной:

χᵢ = Vᵢ / V_общ

Пример: В газовой смеси объемом 100 л содержится 30 л водорода. Мольная доля водорода:

χ(H₂) = 30 / 100 = 0,3 или 30%

Связь с другими величинами

Связь с массовой долей

Массовая доля (ω) и мольная доля связаны через молярные массы:

χᵢ = (ωᵢ / Mᵢ) / Σ(ωⱼ / Mⱼ)

Связь с концентрацией

Для растворов мольная доля связана с молярной концентрацией:

χрастворенного = C × Vраствора / n_общ

Применение молекулярной доли

Мольная доля используется в:

• Химических расчетах — определение состава продуктов реакции
• Термодинамике — расчет парциальных давлений по закону Дальтона
• Материаловедении — описание состава сплавов и композитов
• Экологии — анализ состава атмосферы
• Химической технологии — расчет параметров процессов разделения смесей

Частые ошибки при расчетах

Ошибка 1: Путаница между массовой и мольной долей

Массовая доля учитывает массу веществ, мольная — количество молекул. Для веществ с разными молярными массами эти величины различаются.

Ошибка 2: Неправильный расчет общего количества вещества

Необходимо суммировать количества всех компонентов смеси, а не только двух.

Ошибка 3: Забывают проверить сумму долей

Сумма всех мольных долей должна равняться 1 (или 100%). Если получается другое значение — в расчетах ошибка.

Таблица соотношений мольных долей

Практические примеры

Пример 1: Трехкомпонентная смесь газов

Смесь содержит 1 моль He, 2 моль Ne и 3 моль Ar. Найти мольные доли всех газов.

Решение:

• n_общ = 1 + 2 + 3 = 6 моль
• χ(He) = 1/6 ≈ 0,167 или 16,7%
• χ(Ne) = 2/6 ≈ 0,333 или 33,3%
• χ(Ar) = 3/6 = 0,5 или 50%
• Проверка: 0,167 + 0,333 + 0,5 = 1 ✓

Пример 2: Расчет по массам

Сплав содержит 54 г алюминия (Al, M = 27 г/моль) и 64 г меди (Cu, M = 64 г/моль). Определить мольную долю алюминия.

Решение:

• n(Al) = 54 / 27 = 2 моль
• n(Cu) = 64 / 64 = 1 моль
• n_общ = 2 + 1 = 3 моль
• χ(Al) = 2 / 3 ≈ 0,667 или 66,7%

Примечание: Данный калькулятор предназначен для образовательных целей. Для точных научных расчетов рекомендуется использовать специализированное программное обеспечение и учитывать реальные свойства веществ.

Часто задаваемые вопросы

Смотрите также

Мы подобрали калькуляторы, которые помогут вам с разными задачами, связанными с текущей темой.