Fracción de volumen

Proporción del volumen total de una parte constituyente

En química y mecánica de fluidos , la fracción de volumen se define como el volumen de un constituyente V _i dividido por el volumen de todos los constituyentes de la mezcla V antes de la mezcla: ^[1] ${\displaystyle \varphi _{i}}$

${\displaystyle \varphi _{i}={\frac {V_{i}}{\sum _{j}V_{j}}}.}$

Al ser adimensional , su unidad es 1; se expresa como un número, p. ej., 0,18. Es el mismo concepto que el porcentaje de volumen (vol%) excepto que este último se expresa con un denominador de 100, p. ej., 18%.

La fracción de volumen coincide con la concentración de volumen en soluciones ideales donde los volúmenes de los constituyentes son aditivos (el volumen de la solución es igual a la suma de los volúmenes de sus ingredientes).

La suma de todas las fracciones de volumen de una mezcla es igual a 1:

${\displaystyle \sum _{i=1}^{N}V_{i}=V;\qquad \sum _{i=1}^{N}\varphi _{i}=1.}$

La fracción de volumen (porcentaje en volumen, vol%) es una forma de expresar la composición de una mezcla con una cantidad adimensional ; la fracción de masa (porcentaje en peso, wt%) y la fracción molar (porcentaje en moles , mol%) son otras.

Concentración de volumen y porcentaje de volumen

El porcentaje de volumen es la concentración de un determinado soluto , medida en volumen, en una solución . Tiene como denominador el volumen de la propia mezcla, como es habitual en las expresiones de concentración, ^[2] en lugar del total de los volúmenes de todos los componentes individuales antes de la mezcla:

${\displaystyle {\text{volume percent}}={\frac {\text{volume of solute}}{\text{volume of solution}}}\times 100\%={\text{volume concentration}}\times 100\%.}$

El porcentaje de volumen se utiliza generalmente cuando la solución se prepara mezclando dos fluidos , como líquidos o gases . Sin embargo, los porcentajes solo son aditivos para los gases ideales . ^[3]

El porcentaje en volumen ( vol% ) es una forma de expresar la composición de una mezcla con una cantidad adimensional ; la fracción de masa (porcentaje en peso, wt%) y la fracción molar (porcentaje en moles , mol%) son otras.

A temperatura ambiente, la mezcla de agua y etanol pierde volumen en cualquier proporción de mezcla.

En el caso de una mezcla de etanol y agua, que son miscibles en todas las proporciones, la designación de disolvente y soluto es arbitraria. El volumen de dicha mezcla es ligeramente inferior a la suma de los volúmenes de los componentes. Por lo tanto, según la definición anterior, el término "alcohol al 40 % en volumen" se refiere a una mezcla de 40 unidades de volumen de etanol con suficiente agua para alcanzar un volumen final de 100 unidades, en lugar de una mezcla de 40 unidades de etanol con 60 unidades de agua. La "suficiente agua" es en realidad un poco más de 60 unidades de volumen, ya que la mezcla de agua y etanol pierde volumen debido a la atracción intermolecular. ^{[ cita requerida ]}

Relación con la fracción de masa

La fracción de volumen está relacionada con la fracción de masa .

${\displaystyle Y_{i}\equiv {\frac {m_{i}}{\sum _{j}m_{j}}}={\frac {m_{i}}{m_{tot}}}}$

por

${\displaystyle Y_{i}={\frac {\rho _{i}\varphi _{i}}{\rho _{m}}},\rho _{i}\equiv {\frac {m_{i}}{V_{i}}},\rho _{m}\equiv \sum _{j}{\rho _{j}\varphi _{j}}}$

donde es la densidad de los constituyentes y es la densidad de la mezcla. ${\displaystyle \rho _{i}}$ ${\displaystyle \rho _{m}}$

Véase también

• Alcohol por volumen
• Alcoholimetro
• A prueba de alcohol
• Propiedad molar aparente
• Para mezclas no ideales, consulte Volumen molar parcial y Cantidad molar en exceso.
• Porcentaje
• Fracción de masa (química)

Referencias

1. IUPAC , Compendio de terminología química , 2.ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "fracción de volumen". doi :10.1351/goldbook.V06643
2. IUPAC , Compendio de terminología química , 2.ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "concentración". doi :10.1351/goldbook.C01222
3. Porcentaje de volumen a volumen, sitio web de Chembuddy