MOLSKI VOLUMEN: KONCEPT IN FORMULA, IZRAČUN IN PRIMERI - KEMIJA - 2025

Molski volumen je intenzivna lastnost, ki kaže, koliko prostora zaseda en mol določenega snovi ali spojine. Predstavljen je s simbolom V _m , izražen pa je v enotah dm ³ / mol za pline in cm ³ / mol za tekočine in trdne snovi, ker so slednje bolj omejene s svojimi večjimi medmolekularnimi silami.

Ta lastnost se ponavlja pri preučevanju termodinamičnih sistemov, ki vključujejo pline; ker za tekočine in trdne snovi enačbe za določitev V _m postanejo bolj zapletene in netočne. Torej, kar zadeva osnovne tečaje, je molska prostornina vedno povezana s teorijo idealnega plina.

Prostornina molekule etilena je površinsko omejena z zelenim elipsoidom in Avogadrovim številom, ki je tolikokrat večji od te količine. Vir: Gabriel Bolívar.

To je posledica dejstva, da strukturni vidiki za idealne ali popolne pline niso pomembni; vsi njeni delci so predstavljeni kot krogle, ki se elastično trčijo med seboj in se obnašajo enako, ne glede na to, kakšne so njihove mase ali lastnosti.

V tem primeru bo mol katerega koli idealnega plina zasedel enak volumen V _m pri danem tlaku in temperaturi . Nato naj bi rekli, da bo v normalnih pogojih P in T 1 atm oziroma 0 ° C en mol idealnega plina zasedel 22,4 litra. Ta vrednost je uporabna in približna tudi pri vrednotenju resničnih plinov.

Koncept in formula

Za pline

Takojšnja formula za izračun molskega volumna vrste je:

V _m = V / n

Kjer je V volumen, ki ga zaseda, in n količina vrste v molih. Težava je v tem, da je V _m odvisen od tlaka in temperature, ki jo doživljajo molekule, in želimo matematični izraz, ki upošteva te spremenljivke.

Etilenski na sliki, H ₂ C = CH ₂ , ima povezano molekularno obseg omejen z zelenim elipsoida. To H ₂ C = CH ₂ lahko vrti na več načinov, kar je, kot če bi rekel elipsoid so se preselili v prostor predstavljati, koliko obseg bi zasedel (seveda zanemarljiva).

Če pa volumen takšnega zelenega elipsoida pomnožimo z N _A , Avogadrovo številko, potem molimo molekule etilena; en mol elipsoidov, ki medsebojno delujejo. Pri višjih temperaturah se bodo molekule ločile druga od druge; medtem ko bodo pod višjim pritiskom skrčili in zmanjšali svojo količino.

Zato V. _m je odvisna od P in T. Etilen ima geometrijo ravnino, tako da ga ni mogoče mislili, da je njena V. _m je natančno in popolnoma enak tistemu iz metana, CH ₄ , od tetraedrskim geometrije in sposobna biti predstavljeni s kroglo in ne elipsoidom.

Za tekočine in trdne snovi

Tudi molekule ali atomi tekočin in trdnih snovi imajo svoj V _m , kar je lahko v grobem povezano z njihovo gostoto:

V _m = m / (dn)

Temperatura vpliva na molarni volumen tekočin in trdnih snovi več kot na pritisk, dokler se slednji ne spremenijo nenadoma ali se pretirano (v vrstnem redu GPa). Prav tako, kot omenjamo etilen, geometrije in molekularne strukture močno vplivajo na vrednosti V _m .

Vendar pa v normalnih pogojih opazimo, da se gostote za različne tekočine ali trdne snovi v velikosti ne razlikujejo preveč; isto se dogaja z molarnimi volumni. Upoštevajte, da manjši kot so, manjši bo V _m .

Kar zadeva trdne snovi, je njihov molarni volumen odvisen tudi od njihovih kristalnih struktur (prostornine njihove enotne celice).

Kako izračunati molarni volumen?

Za razliko od tekočin in trdnih snovi je za idealne pline enačba, ki nam omogoča, da izračunamo V _m kot funkcijo P in T in njihove spremembe; to je idealni plini:

P = nRT / V

Katera je nameščena za izražanje V / n:

V / n = RT / P

V _m = RT / P

Če uporabimo plinsko konstanto R = 0,082 L · atm · K ^-1 · mol ^-1 , potem je treba temperature izraziti v kelvinu (K), tlake pa v atmosferi. Upoštevajte, da tukaj opazimo, zakaj je V _m intenzivna lastnost: T in P nimata nobene zveze z maso plina, ampak z njegovo prostornino.

Ti izračuni so veljavni le pod pogoji, ko se plini obnašajo blizu idealnosti. Vendar imajo vrednosti, dobljene z eksperimentiranjem, v primerjavi s teoretičnimi majhno mero napake.

Primeri za izračun molske prostornine

Primer 1

Obstaja plin Y, katerega gostota je 8,5 · 10 ^-4 g / cm ³ . Če imate 16 gramov, kar ustreza 0,92 molov Y, poiščite molsko prostornino.

Iz formule gostote lahko izračunamo, kakšen volumen Y zajema teh 16 gramov:

V = 16 g / (8,5 · 10 ^-4 g / cm ³ )

= 18.823,52 cm ³ ali 18,82 L

Torej se V _m izračuna neposredno tako, da se ta prostornina deli s številom danih molov:

V _m = 18,82 L / 0,92 mol

= 20,45 L / mol ali L mol ^-1 ali dm ³ mol ^-1

Vaja 2

V prejšnjem primeru Y ni bilo nikoli določeno, kakšna je bila temperatura, ki so jo doživljali delci tega plina. Ob predpostavki, da je Y deloval pri atmosferskem tlaku, izračunajte potrebno temperaturo, da jo stisnete na določeno molsko prostornino.

Izjava vaje je daljša od njene resolucije. Uporabljamo enačbo:

V _m = RT / P

Toda rešimo se za T in vemo, da je atmosferski tlak 1 atm, rešimo:

T = V _m P / R

= (20,45 L / mol) (1 atm) / (0,082 L atm / K mol)

= 249,39 K

To pomeni, da bo en mol Y zavzel 20,45 litra pri temperaturi blizu -23,76 ºC.

Vaja 3

Po predhodnih rezultatih določite V _m pri 0 ° C, 25 ° C in pri absolutni nič pri atmosferskem tlaku.

Preoblikovanje temperatur v kelvin imamo najprej 273,17 K, 298,15 K in 0 K. Rešujemo neposredno tako, da nadomestimo prvo in drugo temperaturo:

V _m = RT / P

= (0,082 L atm / K mol) (273,15 K) / 1 atm

= 22,40 L / mol (0 ° C)

= (0,082 L atm / K mol) (298,15 K) / 1 atm

= 24,45 L / mol (25 ° C)

Vrednost 22,4 litra je bila omenjena na začetku. Opazite, kako se V _m povečuje s temperaturo. Ko želimo narediti enak izračun z absolutno ničlo, se spotaknemo s tretjim zakonom termodinamike:

(0,082 L atm / K mol) (0 K) / 1 atm

= 0 L / mol (-273,15 ° C)

Plin Y ne more imeti neobstoječega molskega volumna; to pomeni, da se je pretvorila v tekočino in prejšnja enačba ni več veljavna.

Po drugi strani nemožnost izračuna V _m pri absolutni ničli upošteva tretji zakon termodinamike, ki pravi, da je nemogoče ohladiti nobeno snov do temperature absolutne ničle.

Reference

1. Ira N. Levine. (2014). Načela fizikalne kemije. Šesta izdaja. Mc Graw Hill.
2. Glasstone. (1970). Pogodba o fizikalni kemiji. Druga izdaja Aguilar.
3. Wikipedija. (2019). Molarna prostornina. Pridobljeno: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, dr. (8. avgust 2019). Opredelitev molskega volumna v kemiji. Pridobljeno: misel.com
5. BYJU'S. (2019). Formula molarnega volumna. Pridobljeno od: byjus.com
6. González Monica. (28. oktober 2010). Molarna prostornina. Pridobljeno: quimica.laguia2000.com