Admitindo que o ar seja composto exclusivamente por
e
, com suas pressões parciais na razão
, quais são as suas frações mássicas?
Resp: 0,233 e 0,767
Qual é a diferença entre fração molar e fração mássica? Em que tipo de situação prática cada uma é mais útil?
Por que as frações mássicas de
e
não são iguais às suas frações molares, mesmo que a mistura seja ideal?
Se aumentássemos a fração molar de oxigênio para
, a fração mássica aumentaria proporcionalmente? Por quê?
Você acha que a fração mássica de um componente sempre será maior se sua massa molar for maior? Justifique sua resposta com base na fórmula.
Em uma análise de segurança de uma planta industrial, por que seria importante saber a fração mássica dos gases em vez da fração molar?
Qual é a diferença entre fração molar e fração mássica? Em que tipo de situação prática cada uma é mais útil?
Passo 1
Temos uma mistura gasosa ideal de
e
cujas frações molares coincidem com as razões de pressão parcial, ou seja
e
. Para obter as frações mássicas vamos usar a definição
onde
é a massa molar de cada componente.
Passo 2
Calculando as massas molares aproximadas em
o
:
Logo o numerador para oxigênio é
e para nitrogênio
O denominador comum é
Portanto as frações mássicas são
Passo 3
A fração molar
é a razão entre o número de mols do componente
e o número total de mols da mistura. A fração mássica
é a razão entre a massa de
e a massa total da mistura. A fração molar é útil em cálculos de equilíbrio químico e propriedades coligativas; a fração mássica é mais usada em balanços de massa, energia e em análises de segurança onde a massa transportada ou armazenada importa diretamente.
Passo 4
As frações mássicas não coincidem com as molares mesmo em mistura ideal porque cada mol de
pesa diferente de cada mol de
. A contribuição de massa de cada componente depende de
e de
.
Passo 5
Se aumentarmos
para
, teríamos
ou seja, a fração mássica cresce, mas não na mesma razão (não dobra se
dobra) porque o denominador também muda.
Passo 6
Não é verdade que o componente de maior massa molar terá sempre maior fração mássica. A fórmula
mostra que
cresce com
mas também depende de
. Um componente com
grande mas com
muito pequeno pode ter
menor do que outro de
pequeno mas
grande.
Passo 7
Em segurança de planta, a fração mássica é fundamental porque as normas de armazenamento, as detonações, os limites de exposição (ppm em massa) e os balanços de incêndio são baseados em massas de substâncias. Saber quantos quilos ou toneladas de um gás perigoso podem estar presentes é mais crítico do que o número de mols, pois sistemas de contenção, válvulas de alívio e sensores de gás respondem à massa ou concentração em massa.
Resposta
A fração molar mede proporção de mols, útil em equilíbrio e termodinâmica; a fração mássica mede proporção de massas, essencial em balanços de massa e segurança. As frações mássicas diferem das molares porque envolvem massas molares distintas. Se