Fracción de masa (química)

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:$estilo de visualización w_{i}}$${\displaystyle Y_{i}}$$Estilo de visualización 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]

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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]

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

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.

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 .${\estilo de visualización \rho}$

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

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 .$Estilo de visualización c_{i}$$Estilo de visualización M_{i}}$${\estilo de visualización i}$

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

La fracción molar se puede calcular utilizando la fórmula$Estilo de visualización x_{i}}$

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

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

Reemplazando la expresión de los productos de masa molar,

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

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

• Fracción de flujo de masa