Pojęcie i wzór na objętość molową, obliczenia i przykłady

3736
Egbert Haynes

Plik objętość molowa Jest to intensywna właściwość, która wskazuje, ile miejsca zajmuje kret określonej substancji lub związku. Jest reprezentowany przez symbol V.m, y jest wyrażone w jednostkach dm3/ mol dla gazów i cm3/ mol dla cieczy i ciał stałych, ponieważ te ostatnie są bardziej ograniczone przez ich wyższe siły międzycząsteczkowe.

Ta właściwość powtarza się podczas badania układów termodynamicznych zawierających gazy; ponieważ dla cieczy i ciał stałych równania do wyznaczenia Vm stają się bardziej skomplikowane i niedokładne. Dlatego, jeśli chodzi o kursy podstawowe, objętość molowa jest zawsze związana z teorią gazu doskonałego..

Objętość cząsteczki etylenu jest powierzchownie ograniczona przez zieloną elipsoidę i liczbę Avogadro pomnożoną przez tę ilość. Źródło: Gabriel Bolívar.

Wynika to z faktu, że aspekty strukturalne nie mają znaczenia dla gazów idealnych lub doskonałych; wszystkie jego cząsteczki są wizualizowane jako kule, które elastycznie zderzają się ze sobą i zachowują się w ten sam sposób bez względu na ich masę lub właściwości.

W takim przypadku mol dowolnego gazu doskonałego będzie zajmował, przy danym ciśnieniu i temperaturze, tę samą objętość V.m. Mówi się wtedy, że w normalnych warunkach odpowiednio P i T, 1 atm i 0 ºC, jeden mol gazu doskonałego zajmie objętość 22,4 litra. Ta wartość jest przydatna i przybliżona nawet przy ocenie gazów rzeczywistych.

Indeks artykułów

  • 1 Pojęcie i formuła
    • 1.1 Dla gazów
    • 1.2 Do cieczy i ciał stałych
  • 2 Jak obliczyć objętość molową?
  • 3 Przykłady obliczania objętości molowej
    • 3.1 Przykład 1
    • 3.2 Ćwiczenie 2
    • 3.3 Ćwiczenie 3
  • 4 Odnośniki

Koncepcja i formuła

Do gazów

Bezpośredni wzór do obliczenia objętości molowej gatunku to:

Vm = V / n

Gdzie V jest objętością, którą zajmuje, i n ilość gatunku w pieprzykach. Problem w tym, że Vm zależy od ciśnienia i temperatury, których doświadczają cząsteczki, i pożądane jest wyrażenie matematyczne uwzględniające te zmienne.

Etylen na obrazku, H.dwaC = CHdwa, ma związaną z nim objętość cząsteczkową ograniczoną zieloną elipsoidą. Ten H.dwaC = CHdwa Może obracać się na wiele sposobów, co jest tak, jakby wspomniana elipsoida została przesunięta w przestrzeni, aby zwizualizować, jaką objętość zajmie (oczywiście nieistotna).

Jeśli jednak objętość takiej zielonej elipsoidy pomnożymy ją przez NDO, Liczba Avogadro, wtedy będziemy mieli jeden mol cząsteczek etylenu; jeden mol oddziałujących ze sobą elipsoid. W wyższych temperaturach cząsteczki oddzielą się od siebie; podczas gdy przy wyższym ciśnieniu będą się kurczyć i zmniejszać swoją objętość.

Dlatego Vm jest zależny od P i T. Etylen ma geometrię płaską, więc nie można sądzić, że jego Vm jest dokładnie i dokładnie taki sam jak metan, CH4, o geometrii czworościennej, którą można przedstawić za pomocą kuli, a nie elipsoidy.

Do cieczy i ciał stałych

Cząsteczki lub atomy cieczy i ciał stałych również mają swoje własne V.m, co można z grubsza powiązać z jego gęstością:

Vm = m / (dn)

Temperatura wpływa na objętość molową cieczy i ciał stałych bardziej niż ciśnienie, o ile to ostatnie nie zmienia się gwałtownie lub jest wygórowane (rzędu GPa). Podobnie, jak wspomniano w przypadku etylenu, geometrie i struktury molekularne mają duży wpływ na wartości Vm.

Jednak w normalnych warunkach obserwuje się, że gęstości różnych cieczy lub ciał stałych nie zmieniają się zbytnio pod względem ich wielkości; to samo dotyczy objętości molowych. Zauważ, że im gęstsze, tym mniejsze będzie Vm.

Jeśli chodzi o ciała stałe, ich objętość molowa zależy również od ich struktur krystalicznych (objętości ich komórki elementarnej)..

Jak obliczyć objętość molową?

W przeciwieństwie do cieczy i ciał stałych, dla gazów doskonałych istnieje równanie, które pozwala nam obliczyć Vm w funkcji P i T oraz ich zmian; to znaczy gazów doskonałych:

P = nRT / V

Co jest przystosowane do wyrażenia V / n:

V / n = RT / P

Vm = RT / P

Jeśli użyjemy stałej gazowej R = 0,082 L atm K.-1Kret-1, wtedy temperatury należy wyrazić w kelwinach (K), a ciśnienie w atmosferach. Zauważ, że tutaj możemy zobaczyć, dlaczego V.m jest właściwością intensywną: T i P nie mają nic wspólnego z masą gazu, ale z jego objętością.

Obliczenia te są ważne tylko w warunkach, w których gazy zachowują się blisko ideału. Jednak wartości uzyskane w wyniku eksperymentów mają niewielki margines błędu w stosunku do wartości teoretycznych.

Przykłady obliczania objętości molowej

Przykład 1

Istnieje gaz Y, którego gęstość wynosi 8,5 · 10-4 g / cm3. Jeśli mamy 16 gramów, co odpowiada 0,92 molom Y, oblicz jego objętość molową.

Ze wzoru na gęstość możemy obliczyć, jaką objętość Y zajmują te 16 gramów:

V = 16 g / (8,5 · 10-4 g / cm3)

= 18,823,52 cm3 lub 18,82 l

Więc Vm Oblicza się go bezpośrednio, dzieląc tę ​​objętość przez liczbę podanych moli:

Vm = 18,82 l / 0,92 mol

= 20,45 l / mol lub L mol-1 lub dm3Kret-1

Ćwiczenie 2

W poprzednim przykładzie Y nigdy nie określono, jakiej temperatury doświadczają cząsteczki wspomnianego gazu. Zakładając, że Y pracował pod ciśnieniem atmosferycznym, obliczyć temperaturę niezbędną do ściśnięcia go do określonej objętości molowej.

Oświadczenie z ćwiczenia jest dłuższe niż jego uchwała. Używamy równania:

Vm = RT / P

Ale rozwiązujemy T i wiedząc, że ciśnienie atmosferyczne wynosi 1 atm, rozwiązujemy:

T = VmP / R

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

= 249,39 K

Oznacza to, że jeden mol Y zajmie 20,45 litra w temperaturze bliskiej -23,76 ° C.

Ćwiczenie 3

Zgodnie z poprzednimi wynikami, określ Vm w temperaturze 0 ° C, 25 ° C i przy zera absolutnym przy ciśnieniu atmosferycznym.

Przekształcając temperatury na kelwinów, mamy najpierw 273,17 K, 298,15 K i 0 K.Rozwiązujemy bezpośrednio, podstawiając pierwszą i drugą temperaturę:

Vm = 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)

Na początku wspomniano o wartości 22,4 litra. Zwróć uwagę, jak Vm rośnie wraz z temperaturą. Kiedy chcemy wykonać te same obliczenia dla zera absolutnego, napotykamy trzecią zasadę termodynamiki:

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

= 0 l / mol (-273,15 ºC)

Gaz Y nie może mieć nieistniejącej objętości molowej; oznacza to, że został przekształcony w ciecz i poprzednie równanie nie jest już aktualne.

Z drugiej strony niemożność obliczenia Vm w zera absolutnego spełnia trzecią zasadę termodynamiki, która mówi, że nie można schłodzić żadnej substancji do temperatury zera absolutnego.

Bibliografia

  1. Ira N. Levine. (2014). Zasady fizykochemii. Szósta edycja. Mc Graw Hill.
  2. Glasstone. (1970). Traktat chemii fizycznej. Druga edycja. Aguilar.
  3. Wikipedia. (2019). Objętość molowa. Odzyskane z: en.wikipedia.org
  4. Helmenstine, dr Anne Marie (08 sierpnia 2019). Definicja objętości molowej w chemii. Odzyskany z: thinkco.com
  5. BYJU. (2019). Formuła objętości molowej. Odzyskany z: byjus.com
  6. González Monica. (28 października 2010). Objętość molowa. Odzyskany z: quimica.laguia2000.com

Jeszcze bez komentarzy