Fração de massa de um elemento em uma fórmula de substância. Como encontrar a fração de massa de um elemento em uma substância? O que é isso

Desde o século XVII A química não é mais uma ciência descritiva. Os químicos começaram a usar amplamente métodos para medir vários parâmetros de uma substância. O design das balanças foi aprimorado cada vez mais, tornando possível determinar as massas de amostras para substâncias gasosas, além de massa, volume e pressão também foram medidos. O uso de medições quantitativas possibilitou entender a essência das transformações químicas, para determinar a composição de substâncias complexas.

Como você já sabe, a composição de uma substância complexa inclui dois ou mais elementos químicos. Obviamente, a massa de toda matéria é composta pelas massas de seus elementos constituintes. Isso significa que cada elemento é responsável por uma certa parte da massa da matéria.

A fração de massa de um elemento em uma substância é denotada pela letra minúscula latina w (duplo-ve) e mostra a parcela (parte da massa) atribuível a esse elemento na massa total da substância. Este valor pode ser expresso em frações de unidade ou em porcentagem (Fig. 69). Obviamente, a fração de massa de um elemento em uma substância complexa é sempre menor que a unidade (ou menor que 100%). Afinal, uma parte do todo é sempre menor que o todo, assim como uma rodela de laranja é menor que uma laranja.

Arroz. 69.
Diagrama de composição elementar de óxido de mercúrio

Por exemplo, o óxido de mercúrio HgO contém dois elementos - mercúrio e oxigênio. Quando 50 g dessa substância são aquecidos, são obtidos 46,3 g de mercúrio e 3,7 g de oxigênio. Calcular fração de massa mercúrio em uma substância complexa:

A fração de massa de oxigênio nesta substância pode ser calculada de duas maneiras. Por definição, a fração de massa de oxigênio no óxido de mercúrio é igual à razão entre a massa de oxigênio e a massa de óxido de mercúrio:

Sabendo que a soma das frações de massa dos elementos em uma substância é igual a um (100%), a fração de massa de oxigênio pode ser calculada pela diferença:

Para encontrar as frações de massa dos elementos pelo método proposto, é necessário realizar um experimento químico complexo e demorado para determinar a massa de cada elemento. Se a fórmula de uma substância complexa for conhecida, o mesmo problema é resolvido com muito mais facilidade.

Para calcular a fração de massa de um elemento, multiplique sua massa atômica relativa pelo número de átomos de um determinado elemento na fórmula e divida pela massa molecular relativa da substância.

Por exemplo, para água (Fig. 70):

Vamos praticar a resolução de problemas para calcular as frações de massa de elementos em substâncias complexas.

Tarefa 1. Calcule as frações de massa dos elementos na amônia, cuja fórmula é NH 3.

Tarefa 2. Calcule as frações de massa de elementos em ácido sulfúrico com a fórmula H 2 SO 4.

Mais frequentemente, os químicos precisam resolver o problema inverso: determinar a fórmula de uma substância complexa por frações de massa de elementos.

Como esses problemas são resolvidos, ilustraremos com um exemplo histórico.

Tarefa 3. Dois compostos de cobre com oxigênio (óxidos) foram isolados de minerais naturais - tenorita e cuprita (Fig. 71). Eles diferiam um do outro em frações de cor e massa de elementos. No óxido preto (Fig. 72), isolado do tenorito, a fração mássica de cobre era de 80% e a fração mássica de oxigênio era de 20%. No óxido de cobre vermelho isolado de cuprita, as frações mássicas dos elementos foram 88,9% e 11,1%, respectivamente. Quais são as fórmulas dessas substâncias complexas? Vamos resolver esses dois problemas simples.

Arroz. 71. Cuprita mineral
Arroz. 72. Óxido de cobre preto isolado do mineral tenorita

3. A proporção resultante deve ser reduzida a valores inteiros: afinal, os índices da fórmula, que mostram o número de átomos, não podem ser fracionários. Para fazer isso, os números resultantes devem ser divididos pelo menor deles (no nosso caso, são iguais).

E agora vamos complicar um pouco a tarefa.

Tarefa 4. De acordo com a análise elementar, o sal amargo calcinado tem a seguinte composição: fração mássica de magnésio 20,0%, fração mássica de enxofre - 26,7%, fração mássica de oxigênio - 53,3%.

Perguntas e tarefas

1. Como é chamada a fração de massa de um elemento em um composto? Como esse valor é calculado?
2. Calcule as frações mássicas dos elementos nas substâncias: a) dióxido de carbono CO 2; b) sulfeto de cálcio CaS; c) nitrato de sódio NaNO3; d) óxido de alumínio A1 2 O 3.
3. Em qual dos fertilizantes nitrogenados a fração mássica do nutriente nitrogenado é maior: a) cloreto de amônio NH 4 C1; b) sulfato de amônio (NH 4) 2 SO 4; c) ureia (NH 2) 2 CO?
4. No mineral pirita, 7 g de ferro correspondem a 8 g de enxofre. Calcule as frações de massa de cada elemento nesta substância e determine sua fórmula.
5. A fração de massa de nitrogênio em um de seus óxidos é de 30,43% e a fração de massa de oxigênio é de 69,57%. Determine a fórmula do óxido.
6. Na Idade Média, uma substância chamada potassa era extraída das cinzas de uma fogueira e usada para fazer sabão. As frações de massa de elementos nesta substância são: potássio - 56,6%, carbono - 8,7%, oxigênio - 34,7%. Determine a fórmula do potássio.

A fração de massa do elemento ω (E)% é a razão da massa de um determinado elemento m (E) em uma molécula tomada de uma substância para o peso molecular desta substância Mr (in-va).

A fração de massa de um elemento é expressa em frações de uma unidade ou como uma porcentagem:

ω (E) \u003d m (E) / Mr (in-va) (1)

ω% (E) \u003d m (E) 100% / Sr (in-va)

A soma das frações de massa de todos os elementos de uma substância é igual a 1 ou 100%.

Como regra, para calcular a fração de massa de um elemento, uma porção de uma substância é tomada igual à massa molar da substância, então a massa de um determinado elemento nesta porção é igual à sua massa molar multiplicada pelo número de átomos de um determinado elemento em uma molécula.

Então, para uma substância A x B y em frações de uma unidade:

ω (A) \u003d Ar (E) X / Mr (in-va) (2)

Da proporção (2), derivamos a fórmula de cálculo para determinar os índices (x, y) na fórmula química de uma substância, se as frações de massa de ambos os elementos e a massa molar da substância forem conhecidas:

X \u003d ω% (A) Mr (in-va) / Ar (E) 100% (3)

Dividindo ω% (A) por ω% (B), ou seja, transformando a fórmula (2), obtemos:

ω(A) / ω(B) = X Ar(A) / Y Ar(B) (4)

A fórmula de cálculo (4) pode ser transformada da seguinte forma:

X: Y \u003d ω% (A) / Ar (A): ω% (B) / Ar (B) \u003d X (A) : Y (B) (5)

As fórmulas de cálculo (3) e (5) são usadas para determinar a fórmula da substância.

Se o número de átomos em uma molécula de uma substância para um dos elementos e sua fração de massa forem conhecidos, a massa molar da substância pode ser determinada:

Mr(in-va) \u003d Ar (E) X / W (A)

Exemplos de resolução de problemas para calcular as frações de massa de elementos químicos em uma substância complexa

Cálculo de frações de massa de elementos químicos em uma substância complexa

Exemplo 1. Determinar as frações mássicas dos elementos químicos no ácido sulfúrico H 2 SO 4 e expressá-las em porcentagem.

Solução

1. Calcule o peso molecular relativo do ácido sulfúrico:

Senhor (H 2 SO 4) \u003d 1 2 + 32 + 16 4 \u003d 98

2. Calculamos as frações de massa dos elementos.

Para fazer isso, o valor numérico da massa do elemento (levando em consideração o índice) é dividido pela massa molar da substância:

Levando isso em consideração e denotando a fração de massa do elemento com a letra ω, os cálculos das frações de massa são realizados da seguinte forma:

ω(H) = 2: 98 = 0,0204, ou 2,04%;

ω(S) = 32: 98 = 0,3265, ou 32,65%;

ω(O) \u003d 64: 98 \u003d 0,6531, ou 65,31%

Exemplo 2. Determine as frações mássicas dos elementos químicos no óxido de alumínio Al 2 O 3 e expresse-as em porcentagem.

Solução

1. Calcule o peso molecular relativo do óxido de alumínio:

Mr(Al 2 O 3) \u003d 27 2 + 16 3 \u003d 102

2. Calculamos as frações de massa dos elementos:

ω(Al) = 54: 102 = 0,53 = 53%

ω(O) = 48: 102 = 0,47 = 47%

Como calcular a fração de massa de uma substância em um hidrato cristalino

A fração de massa de uma substância é a razão entre a massa de uma determinada substância no sistema e a massa de todo o sistema, ou seja, ω(X) = m(X) / m,

onde ω(X) - fração de massa da substância X,

m(X) - massa da substância X,

m - massa de todo o sistema

Fração de massa é uma quantidade adimensional. É expresso como uma fração de uma unidade ou como uma porcentagem.

Exemplo 1. Determinar a fração mássica de água de cristalização em cloreto de bário di-hidratado BaCl 2 2H 2 O.

Solução

A massa molar de BaCl 2 2H 2 O é:

M (BaCl 2 2H 2 O) \u003d 137 + 2 35,5 + 2 18 \u003d 244 g / mol

Da fórmula BaCl 2 2H 2 O segue-se que 1 mol de cloreto de bário di-hidratado contém 2 mol H 2 O. A partir disso, podemos determinar a massa de água contida no BaCl 2 2H 2 O:

m(H2O) = 2 18 = 36 g.

Encontramos a fração mássica de água de cristalização em cloreto de bário di-hidratado BaCl 2 2H 2 O.

ω (H 2 O) \u003d m (H 2 O) / m (BaCl 2 2H 2 O) \u003d 36 / 244 \u003d 0,1475 \u003d 14,75%.

Exemplo 2. Prata pesando 5,4 g foi isolada de uma amostra de rocha pesando 25 g contendo o mineral argentita Ag 2 S. Determine a fração de massa de argentita na amostra.

Instrução

A fração de massa de uma substância é encontrada pela fórmula: w \u003d m (c) / m (cm), onde w é a fração de massa da substância, m (c) é a massa da substância, m (cm) é a massa da mistura. Se for dissolvido, fica assim: w \u003d m (c) / m (p-ra), onde m (p-ra) é a massa da solução. A massa da solução, se necessário, também pode ser encontrada: m (p-ra) \u003d m (c) + m (p-la), onde m (p-la) é a massa do solvente. Se desejado, a fração de massa pode ser multiplicada por 100%.

Se o valor da massa não for fornecido na condição do problema, ela poderá ser calculada usando várias fórmulas, os dados da condição o ajudarão a escolher a correta. A primeira fórmula para: m = V * p, onde m é massa, V é volume, p é densidade. A seguinte fórmula tem a seguinte aparência: m \u003d n * M, onde m é a massa, n é a quantidade de substância, M é a massa molar. A massa molar, por sua vez, é formada pelas massas atômicas dos elementos que compõem a substância.

Para melhor compreensão este material vamos resolver o problema. Uma mistura de limalhas de cobre e magnésio pesando 1,5 g foi tratada com excesso. Como resultado da reação, o hidrogênio com um volume de 0,56 l (). Calcule a fração de massa de cobre na mistura.
Nesta passagem de problema, escrevemos sua equação. De duas substâncias em excesso de ácido clorídrico magnésio apenas: Mg + 2HCl = MgCl2 + H2. Para encontrar a fração mássica de cobre na mistura, é necessário substituir os valores na seguinte fórmula: w(Cu) = m(Cu)/m(cm). A massa da mistura é dada, encontramos a massa de cobre: ​​m (Cu) \u003d m (cm) - m (Mg). Estamos procurando massa: m (Mg) \u003d n (Mg) * M (Mg). A equação da reação ajudará você a encontrar a quantidade de substância de magnésio. Encontramos a quantidade de substância de hidrogênio: n \u003d V / Vm \u003d 0,56 / 22,4 \u003d 0,025 mol. A equação mostra que n(H2) = n(Mg) = 0,025 mol. Calculamos a massa do magnésio, sabendo que o molar é 24 g / mol: m (Mg) \u003d 0,025 * 24 \u003d 0,6 g. Encontramos a massa do cobre: ​​m (Cu) \u003d 1,5 - 0,6 \u003d 0,9 g. Restante, calcule a fração de massa: w(Cu) = 0,9/1,5 = 0,6 ou 60%.

Vídeos relacionados

observação

A fração de massa não pode ser maior que um ou, se expressa em porcentagem, maior que 100%.

Fontes:

• "Manual de Química", G.P. Komchenko, 2005.
• Cálculo da participação nas vendas por região

Fração de massa mostra como uma porcentagem ou em frações o conteúdo de uma substância em qualquer solução ou elemento na composição de uma substância. A capacidade de calcular a fração de massa é útil não apenas nas aulas de química, mas também quando você deseja preparar uma solução ou mistura, por exemplo, para fins culinários. Ou altere a porcentagem na composição que você já possui.

Instrução

Por exemplo, você precisa de pelo menos 15 metros cúbicos para o inverno. metros de lenha de bétula.
Procure a densidade de referência da lenha de bétula. É: 650 kg/m3.
Calcule a massa substituindo os valores na mesma fórmula de gravidade específica.

m = 650*15 = 9750 (kg)

Agora, com base na capacidade de carga e na capacidade da carroceria, você pode decidir o tipo de veículo e o número de viagens.

Vídeos relacionados

observação

As pessoas mais velhas estão mais familiarizadas com o conceito de gravidade específica. A gravidade específica de uma substância é igual à gravidade específica.

A fração de massa de uma substância mostra seu conteúdo em uma estrutura mais complexa, por exemplo, em uma liga ou mistura. Se a massa total de uma mistura ou liga for conhecida, conhecendo as frações de massa das substâncias constituintes, pode-se encontrar suas massas. Para encontrar a fração de massa de uma substância, você pode saber sua massa e a massa de toda a mistura. Esse valor pode ser expresso em valores fracionários ou porcentagens.

você vai precisar

• escalas;
• tabela periódica dos elementos químicos;
• calculadora.

Instrução

Determine a fração de massa da substância que está na mistura através das massas da mistura e da própria substância. Para fazer isso, use uma balança para determinar as massas que compõem a mistura ou . Em seguida, dobre-os. Tome a massa resultante como 100%. Para encontrar a fração de massa de uma substância em uma mistura, divida sua massa m pela massa da mistura M e multiplique o resultado por 100% (ω%=(m/M)∙100%). Por exemplo, 20 g de sal de mesa são dissolvidos em 140 g de água. Para encontrar a fração de massa do sal, adicione as massas dessas duas substâncias М=140+20=160 g. Em seguida, encontre a fração de massa da substância ω%=(20/160)∙100%=12,5%.

Se você precisar encontrar a fração de massa de um elemento em uma substância com uma fórmula conhecida, use a tabela periódica dos elementos. A partir dele, encontre as massas atômicas dos elementos que estão nas substâncias. Se um estiver na fórmula várias vezes, multiplique sua massa atômica por esse número e some os resultados. Este será o peso molecular da substância. Para encontrar a fração de massa de qualquer elemento em tal substância, divida seu número de massa na fórmula química dada M0 pelo peso molecular da substância dada M. Multiplique o resultado por 100% (ω%=(M0/M)∙100 %).

Por exemplo, determine a fração de massa de elementos químicos no sulfato de cobre. Cobre (sulfato de cobre II), tem Fórmula química CuSO4. As massas atômicas dos elementos incluídos em sua composição são iguais a Ar(Cu)=64, Ar(S)=32, Ar(O)=16, os números de massa desses elementos serão iguais a M0(Cu)=64 , M0(S)=32, M0(O)=16∙4=64, tendo em conta que a molécula contém 4 átomos. Calcule o peso molecular de uma substância, é igual à soma dos números de massa das substâncias que compõem a molécula 64+32+64=160. Determine a fração de massa de cobre (Cu) na composição vitríolo azul(ω%=(64/160)∙100%)=40%. Pelo mesmo princípio, é possível determinar as frações de massa de todos os elementos dessa substância. Fração mássica de enxofre (S) ω%=(32/160)∙100%=20%, oxigênio (O) ω%=(64/160)∙100%=40%. Observe que a soma de todas as frações de massa da substância deve ser 100%.

A química é definitivamente uma ciência interessante. Apesar de toda a sua complexidade, permite-nos compreender melhor a natureza do mundo que nos rodeia. E além disso - pelo menos o conhecimento elementar neste assunto ajuda seriamente em Vida cotidiana. Por exemplo, a determinação da fração de massa de uma substância em um sistema multicomponente, ou seja, a razão entre a massa de qualquer componente e a massa total de toda a mistura.

Necessário:

- calculadora;
- escalas (se você precisar primeiro determinar as massas de todos os componentes da mistura);
é o sistema periódico de elementos de Mendeleev.

Instruções:

• Então, tornou-se necessário determinar a fração de massa de uma substância. Por onde começar? Em primeiro lugar, depende da tarefa específica e das ferramentas disponíveis para o trabalho. Mas, em qualquer caso, para determinar o conteúdo de um componente em uma mistura, você precisa conhecer sua massa e a massa total da mistura. Você pode fazer isso com base em dados conhecidos ou com base em sua própria pesquisa. Para fazer isso, você precisará pesar o componente adicionado em uma balança de laboratório. Depois que a mistura estiver pronta, pese também.
• Escreva a massa da substância desejada como " m«, massa total sistemas colocados sob a designação " M". Nesse caso, a fórmula para a fração de massa de uma substância terá a seguinte forma: P=(m/M)*100. O resultado obtido é registrado em percentual.
• Exemplo: calcule a fração de massa de 15 gramas de sal dissolvido em 115 gramas de água. Solução: a massa total da solução é determinada pela fórmula M=m a +m c, Onde estou em- massa de água mc- massa de sal. A partir de cálculos simples, pode-se determinar que a massa total da solução é 130 gramas. De acordo com a fórmula de definição acima, obtemos que o teor de sal de mesa na solução será igual a W=(15/130)*100=12%.
• Uma situação mais particular é a necessidade de definir fração de massa de um elemento químico em uma substância . É definido exatamente o mesmo. princípio principal o cálculo permanecerá o mesmo, só que em vez da massa da mistura e do componente específico, você terá que lidar com os pesos moleculares dos elementos químicos.
• Todas as informações necessárias podem ser encontradas no sistema periódico de Mendeleev. Divida a fórmula química de uma substância em seus componentes principais. Usando a tabela periódica, determine a massa de cada elemento. Resumindo-os, obtenha o peso molecular de sua substância ( M). Da mesma forma que no caso anterior, a fração de massa de uma substância, ou, para ser mais preciso, de um elemento, será determinada pela razão entre sua massa e a massa molecular. A fórmula terá a seguinte forma W=(m a /M)*100. Onde m aé a massa atômica do elemento, Mé o peso molecular da substância.
• Vamos considerar este caso com um exemplo específico. Exemplo: determine a fração mássica de potássio em potassa. Potassa é carbonato de potássio. sua fórmula K2CO3. A massa atômica do potássio é 39 , carbono - 12 , oxigênio - 16 . O peso molecular do carbonato será determinado da seguinte forma - M \u003d 2m K + m C + 2m O \u003d 2 * 39 + 12 + 2 * 16 \u003d 122. Uma molécula de carbonato de potássio contém dois átomos de potássio com uma massa atômica igual a 39 . A fração mássica de potássio na substância será determinada pela fórmula W \u003d (2m K / M) * 100 \u003d (2 * 39 / 122) * 100 \u003d 63,93%.

Frações de soluto
ω = m1 / m,
onde m1 é a massa do soluto e m é a massa de toda a solução.

Se a fração de massa do soluto for necessária, multiplique o número resultante por 100%:
ω \u003d m1 / m x 100%

Nas tarefas em que você precisa calcular as frações de massa de cada um dos elementos incluídos no produto químico, use a tabela D.I. Mendeleev. Por exemplo, descubra as frações de massa de cada um dos elementos que compõem o hidrocarboneto, que C6H12

m (C6H12) \u003d 6 x 12 + 12 x 1 \u003d 84 g / mol
ω (C) \u003d 6 m1 (C) / m (C6H12) x 100% \u003d 6 x 12 g / 84 g / mol x 100% \u003d 85%
ω (H) \u003d 12 m1 (H) / m (C6H12) x 100% \u003d 12 x 1 g / 84 g / mol x 100% \u003d 15%

Conselho util

Resolver os problemas de encontrar a fração de massa de uma substância após evaporação, diluição, concentração, mistura de soluções usando fórmulas obtidas a partir da determinação da fração de massa. Por exemplo, o problema da evaporação pode ser resolvido usando a seguinte fórmula
ω 2 \u003d m1 / (m - Dm) \u003d (ω 1 m) / (m - Dm), onde ω 2 é a fração de massa da substância em uma solução separada, Dm é a diferença entre as massas antes e após o aquecimento.

Fontes:

• como determinar a fração de massa de uma substância

Existem situações em que é necessário calcular massa líquidos contida em qualquer recipiente. pode ser durante sessão de treinamento no laboratório e durante a resolução de um problema doméstico, por exemplo, ao consertar ou pintar.

Instrução

O método mais fácil é recorrer à pesagem. Primeiro, pese o recipiente junto com, depois despeje o líquido em outro recipiente de tamanho adequado e pese o recipiente vazio. E então resta apenas subtrair de maior valor menos e você ganha. Obviamente, esse método pode ser utilizado apenas quando se trata de líquidos não viscosos, que, após o transbordamento, praticamente não permanecem nas paredes e no fundo do primeiro recipiente. Ou seja, a quantidade permanecerá então, mas será tão pequena que pode ser desprezada, isso dificilmente afetará a precisão dos cálculos.

E se o líquido for viscoso, por exemplo,? Como então ela massa? Neste caso, você precisa saber sua densidade (ρ) e volume ocupado (V). E então tudo é elementar. A massa (M) é calculada a partir de M = ρV. Claro, antes de calcular é necessário converter os fatores em um único sistema de unidades.

Densidade líquidos pode ser encontrado em um livro de referência física ou química. Mas é melhor usar um dispositivo de medição - um medidor de densidade (densitômetro). E o volume pode ser calculado conhecendo a forma e as dimensões gerais do recipiente (se tiver o tamanho correto forma geométrica). Por exemplo, se a mesma glicerina estiver em um barril cilíndrico com diâmetro da base d e altura h, então o volume