MOLÁRIS TÉRFOGAT: FOGALOM ÉS KÉPLET, SZÁMÍTÁS ÉS PÉLDÁK - KÉMIA - 2025

A moláris térfogat egy intenzív tulajdonság, amely jelzi, hogy mennyi helyet foglal el egy mól meghatározott anyag vagy vegyület. Ezt a V _m szimbólum jelöli, gázok esetében dm ³ / mol egységben, folyadékok és szilárd anyagok esetében cm ³ / mol egységben fejezik ki, mivel az utóbbiakat nagyobb molekulájú intermolekuláris erők korlátozzák.

Ez a tulajdonság megismétlődik a gázokkal járó termodinamikai rendszerek tanulmányozásakor; mivel a folyadékok és a szilárd anyagok esetében a V _m meghatározására szolgáló egyenletek bonyolultabbá és pontatlanabbá válnak. Ezért az alaptanfolyamok tekintetében a moláris térfogatot mindig az ideális gázelmélettel társítják.

Az etilén molekula térfogatát felületesen korlátozza a zöld ellipszoid és az Avogadro hányszorosa ennek az összegnek. Forrás: Gabriel Bolívar.

Ennek oka az a tény, hogy a szerkezeti szempontok nem relevánsak az ideális vagy a tökéletes gázok szempontjából; minden részecskéjét olyan gömbökként jelenítik meg, amelyek elasztikusan ütköznek egymással, és ugyanolyan módon viselkednek, függetlenül attól, hogy tömegük vagy tulajdonságaik milyenek.

Ilyen esetben egy mol bármilyen ideális gázt egy adott nyomáson és hőmérsékleten ugyanolyan térfogatú V _m fog elfoglalni. Azt mondják, hogy normál P és T, 1 atm és 0 ° C körülmények között egy mol ideális gáz 22,4 liter térfogatot fog elfoglalni. Ez az érték hasznos és hozzávetőleges még valós gázok értékelésekor.

Koncepció és képlet

Gázokhoz

A fajok moláris térfogatának kiszámítására szolgáló közvetlen formula:

V _m = V / n

Ahol V az a térfogat, amelyet elfoglal, és n a fajok mólaránya. A probléma az, hogy V _m függ a nyomás és a hőmérséklet, hogy a molekulák élményt, és azt szeretné, hogy egy matematikai kifejezés, amely veszi ezeket a változókat figyelembe.

Az etilén a képen, H ₂ C = CH ₂, van egy kapcsolódó molekuláris térfogata korlátozza egy zöld ellipszoid. Ez a H ₂ C = CH ₂ foroghat többféle módon, ami olyan, mintha az említett ellipszoid átkerültek a térben, hogy szemléltesse, hogy mennyi térfogatú lenne elfoglalni (nyilvánvalóan elhanyagolható).

Ha azonban az ilyen zöld ellipszoid térfogatát megszorozzuk N _A-val, az Avogadro-számmal, akkor mol etilén molekulákat kapunk; egy mol ellipszoidok kölcsönhatásba lépnek egymással. Magasabb hőmérsékleten a molekulák elválasztódnak egymástól; míg nagyobb nyomáson összehúzódnak és csökkennek a mennyiségük.

Ezért, V _m függ P és T. Etilén síkban geometriát, így nem lehet úgy gondolta, hogy a V _m pontosan és pontosan ugyanaz, mint a metán, CH ₄, a tetraéderes geometria és képes gömbrel kell ábrázolni, nem ellipszoiddal.

Folyadékokhoz és szilárd anyagokhoz

A molekulák vagy atomok a folyadékok és szilárd anyagok is saját V _m, amelyeket durván kapcsolódnak a sűrűség:

V _m = m / (dn)

A hőmérséklet a folyadékok és a szilárd anyagok moláris térfogatát nagyobb, mint a nyomást érinti, mindaddig, amíg az utóbbi nem változik hirtelen vagy túlzott (GPa sorrendben). Hasonlóképpen, mint említettük az etilén, a geometriák és molekuláris struktúrák nagy hatással a V _m értékek.

Normál körülmények között azonban megfigyelték, hogy a különféle folyadékok vagy szilárd anyagok sűrűsége nem változik túl nagyságrendjükben; ugyanez történik moláris térfogataival. Vegye figyelembe, hogy minél sűrűbbek, annál kisebb V _m lesz.

A szilárd anyagokat illetően moláris térfogatuk a kristályszerkezetüktől (egységcellájuk térfogatától) is függ.

Hogyan lehet kiszámítani a moláris térfogatot?

Ellentétben folyadékok és szilárd anyagok, az ideális gázok van egy egyenlet, amely lehetővé teszi számunkra, hogy meghatározzuk V _m függvényében P és T és azok változásait; ez az ideális gázoké:

P = nRT / V

Amit alkalmaznak a V / n kifejezésére:

V / n = RT / P

V _m = RT / P

Ha az R = 0,082 L · atm · K ^-1 · mol ^-1 gázállandót használjuk, akkor a hőmérsékleteket kelvinben (K) és a légköri nyomást kell kifejezni. Figyeljük meg, hogy itt az tapasztalható, hogy miért V _m intenzív tulajdonság: T és P semmi köze a tömeg a gáz, hanem a térfogata.

Ezek a számítások csak olyan körülmények között érvényesek, amikor a gázok az ideálhoz közel viselkednek. A kísérletezéssel kapott értékek azonban az elméleti értékekhez viszonyítva kis hibahatárral rendelkeznek.

Példák a moláris térfogat kiszámítására

1. példa

Van egy gáz Y, amelynek sűrűsége 8,5 · 10 ^-4 g / cm ³. Ha 16 grammja megfelel 0,92 mol Y-nak, keresse meg moláris térfogatát.

A sűrűségképletből kiszámolhatjuk, hogy ez a 16 gramm mely Y térfogatot foglalja el:

V = 16 g / (8,5 · 10 ^-4 g / cm ³)

= 18,823.52 cm ³ vagy 18,82 L

Tehát a V _m értéket közvetlenül kiszámolják, ha ezt a térfogatot elosztják a megadott molszámmal:

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

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

2. gyakorlat

Az Y előző példájában egyáltalán nem került meghatározásra, hogy milyen hőmérsékleten élnek a gáz részecskék. Feltételezve, hogy Y-t atmoszférikus nyomáson dolgoztuk, kiszámoljuk azt a hőmérsékletet, amely ahhoz szükséges, hogy az összenyomódjon a meghatározott moláris térfogatra.

A gyakorlat állítása hosszabb, mint az állásfoglalás. Az egyenletet használjuk:

V _m = RT / P

De megoldjuk a T értéket, és tudva, hogy a légköri nyomás 1 atm, megoldjuk:

T = V _m P / R

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

= 249,39 K

Vagyis egy mol Y-t 20,45 literre fog elfoglalni -23,76 ºC-os hőmérsékleten.

3. gyakorlat

Miután a korábbi eredményeket, meghatározzuk V _m 0 ° C-on, 25 ° C-on és abszolút nulla atmoszférikus nyomáson.

A hőmérsékleteket kelvinre konvertálva először 273,17 K, 298,15 K és 0 K értékkel bírunk. Megoldjuk közvetlenül az első és a második hőmérséklet kicserélésével:

V _m = RT / P

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

= 22,40 L / mol (0 ºC)

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

= 24,45 L / mol (25ºC)

A kezdetben megemlítették a 22,4 liter értéket. Figyeljük meg, hogy V _m növekszik a hőmérséklettel. Amikor ugyanazt a számítást akarjuk elvégezni abszolút nullával, megbotlik a termodinamika harmadik törvényével:

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

= 0 L / mol (-273,15 ºC)

Az Y gáz nem lehet nem létező moláris térfogattal; ez azt jelenti, hogy folyadékká alakult, és az előző egyenlet már nem érvényes.

Másrészt, a V _m abszolút nullánál történő kiszámításának lehetetlensége betartja a termodinamika harmadik törvényét, amely szerint minden anyagot nem lehet lehűteni az abszolút nulla hőmérsékletre.

Irodalom

1. Ira N. Levine. (2014). A fizikokémia alapelvei. Hatodik kiadás. Mc Graw Hill.
2. Glasstone. (1970). A fizikai kémia szerződése. Második kiadás. Aguilar.
3. Wikipedia. (2019). Moláris térfogat. Helyreállítva: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019. augusztus 8.). A moláris térfogat meghatározása a kémiában. Helyreállítva: gondolat.com
5. BYJU'S. (2019). Molar Volume Formula. Helyreállítva: byjus.com
6. González Monica. (2010. október 28.). Moláris térfogat. Helyreállítva: quimica.laguia2000.com