Fracción de masa (química)

Fracción de la masa de una sustancia a la masa de la mezcla total

En química , la fracción de masa de una sustancia dentro de una mezcla es la relación (indicada alternativamente ) entre la masa de esa sustancia y la masa total de la mezcla. ^[1] Expresada como fórmula, la fracción de masa es:${\displaystyle w_{i}}$${\displaystyle Y_{i}}$${\displaystyle m_{i}}$${\displaystyle m_{\text{tot}}}$

${\displaystyle w_{i}={\frac {m_{i}}{m_{\text{tot}}}}.}$

Debido a que las masas individuales de los ingredientes de una mezcla suman , sus fracciones de masa suman la unidad:${\displaystyle m_{\text{tot}}}$

${\displaystyle \sum _{i=1}^{n}w_{i}=1.}$

La fracción de masa también se puede expresar, con un denominador de 100, como porcentaje en masa (en contextos comerciales a menudo se denomina porcentaje en peso , abreviado % en peso ; ver masa versus peso ). Es una forma de expresar la composición de una mezcla en un tamaño adimensional ; la fracción molar (porcentaje en moles ,% en moles) y la fracción en volumen ( porcentaje en volumen ,% en volumen) son otras.

Cuando las prevalencias de interés son las de elementos químicos individuales , en lugar de las de compuestos u otras sustancias, el término fracción de masa también puede referirse a la relación entre la masa de un elemento y la masa total de una muestra. En estos contextos, un término alternativo es composición porcentual en masa . La fracción de masa de un elemento en un compuesto se puede calcular a partir de la fórmula empírica del compuesto ^[2] o su fórmula química . ^[3]

Terminología

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La concentración porcentual no se refiere a esta cantidad. Este nombre inapropiado persiste, especialmente en los libros de texto de primaria. En biología, la unidad "%" se usa a veces (incorrectamente) para denotar la concentración de masa, también llamada porcentaje de masa / volumen . Una solución con 1  g de soluto disuelto en un volumen final de 100  ml de solución se etiquetaría como "1%" o "1% m / v" (masa / volumen). Esto es incorrecto porque la unidad "%" solo se puede utilizar para cantidades adimensionales. En cambio, la concentración simplemente debe expresarse en unidades de g / mL. Por tanto, la solución porcentual o la solución porcentual son términos que se reservan mejor para las soluciones porcentuales en masa (m / m, m% o soluto en masa / solución total en masa después de la mezcla), osoluciones porcentuales en volumen (v / v, v% o volumen de soluto por volumen de solución total después de mezclar). Los términos muy ambiguos solución de porcentaje y soluciones de porcentaje sin otros calificadores continúan encontrándose ocasionalmente.

En ingeniería térmica , la calidad del vapor se utiliza para la fracción de masa de vapor en el vapor.

En las aleaciones, especialmente las de metales nobles, el término finura se utiliza para la fracción másica del metal noble en la aleación.

Propiedades

La fracción de masa es independiente de la temperatura hasta que se produce el cambio de fase.

Cantidades relacionadas

Proporción de mezcla

La mezcla de dos componentes puros se puede expresar introduciendo la proporción de mezcla (masa) de los mismos . Entonces las fracciones de masa de los componentes serán${\displaystyle r_{m}={\frac {m_{2}}{m_{1}}}}$

${\displaystyle {\begin{aligned}w_{1}&={\frac {1}{1+r_{m}}},\\w_{2}&={\frac {r_{m}}{1+r_{m}}}.\end{aligned}}}$

La relación de masa es igual a la relación de fracciones de masa de componentes:

${\displaystyle {\frac {m_{2}}{m_{1}}}={\frac {w_{2}}{w_{1}}}}$

debido a la división tanto del numerador como del denominador por la suma de masas de componentes.

Concentración de masa

La fracción de masa de un componente en una solución es la relación entre la concentración de masa de ese componente ρ _i (densidad de ese componente en la mezcla) y la densidad de la solución .${\displaystyle \rho }$

${\displaystyle w_{i}={\frac {\rho _{i}}{\rho }}.}$

Concentración molar

La relación con la concentración molar es como la anterior sustituyendo la relación entre masa y concentración molar:

${\displaystyle w_{i}={\frac {\rho _{i}}{\rho }}={\frac {c_{i}M_{i}}{\rho }},}$

donde es la concentración molar y es la masa molar del componente .${\displaystyle c_{i}}$${\displaystyle M_{i}}$${\displaystyle i}$

Porcentaje de masa

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El porcentaje en masa también se puede expresar como porcentaje en peso , abreviado % en peso o porcentaje peso-peso.

Fracción molar

La fracción molar se puede calcular usando la fórmula${\displaystyle x_{i}}$

${\displaystyle x_{i}={\frac {w_{i}}{M_{i}}}{\bar {M}},}$

donde es la masa molar del componente y es la masa molar promedio de la mezcla.${\displaystyle M_{i}}$${\displaystyle i}$${\displaystyle {\bar {M}}}$

Reemplazando la expresión de los productos de masa molar,

${\displaystyle x_{i}={\frac {\frac {w_{i}}{M_{i}}}{\sum _{j}{\frac {w_{j}}{M_{j}}}}}.}$

Variación espacial y degradado

En una mezcla espacialmente no uniforme , el gradiente de fracción de masa da lugar al fenómeno de difusión .

Ver también

• Fracción de flujo de masa

Referencias

1. IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) " fracción de masa ". doi : 10.1351 / goldbook.M03722
2. Fórmula de composición de masa .
3. "Cómo calcular la composición porcentual de masa" . ThoughtCo . Consultado el 5 de enero de 2018 .