Fracción de masa (química)

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

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

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

Como 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 llama porcentaje en peso , abreviado wt.% o % p/p ; véase masa versus peso ). Es una forma de expresar la composición de una mezcla en un tamaño adimensional ; la fracción molar (porcentaje en moles , mol%) y la fracción volumétrica ( porcentaje en volumen , vol%) son otras.

Cuando las prevalencias de interés son las de elementos químicos individuales , en lugar 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 de su fórmula química . ^[3]

Terminología

La concentración porcentual no se refiere a esta cantidad. Este nombre incorrecto persiste, especialmente en los libros de texto de primaria. En biología, la unidad "%" se usa a veces (incorrectamente) para indicar 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 usar para cantidades adimensionales. En cambio, la concentración simplemente se debe dar en unidades de g/mL. Por lo tanto, solución porcentual o solución porcentual son términos que se reservan mejor para soluciones de porcentaje de masa (m/m, m% o masa de soluto/masa de solución total después de mezclar) o soluciones de porcentaje de volumen (v/v, v% o volumen de soluto por volumen de solución total después de mezclar). Los términos muy ambiguos solución porcentual y soluciones porcentuales 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 de masa del metal noble en la aleación. ^[4]

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 relación de mezcla (masa) de ellos . 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 masas es igual a la relación de las fracciones de masa de los componentes:

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

debido a la división del numerador y el denominador por la suma de las masas de los 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

El porcentaje de masa se define como la fracción de masa multiplicada por 100.

Fracción molar

La fracción molar se puede calcular utilizando 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 gradiente

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

Véase también

• Fracción de flujo de masa

Referencias

1. IUPAC , Compendio de terminología química , 2.ª 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 en masa". ThoughtCo . Consultado el 5 de enero de 2018 .
4. John, Alex. «Cómo calcular la molaridad» . Consultado el 28 de septiembre de 2022 .