МОЛЯРНИЙ ОБ'ЄМ: ПОНЯТТЯ ТА ФОРМУЛА, РОЗРАХУНОК ТА ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2025

Молярний об'єм є інтенсивне властивість , яке вказує на те, скільки місця займає один моль певного речовини або сполуки. Він представлений символом V _m і виражається в одиницях дм ³ / моль для газів, і см ³ / моль для рідин і твердих тіл, через те, що останні обмежуються своїми більшими міжмолекулярними силами.

Ця властивість є повторюваною при вивченні термодинамічних систем, що включають гази; оскільки для рідин та твердих речовин рівняння для визначення V _m стають складнішими та неточнішими. Тому, що стосується основних курсів, молярний об'єм завжди пов'язаний з теорією ідеального газу.

Об'єм молекули етилену поверхнево обмежений зеленим еліпсоїдом і числом Авогадро, що перевищує цю кількість. Джерело: Габріель Болівар.

Це пов’язано з тим, що структурні аспекти не мають відношення до ідеальних або досконалих газів; всі його частинки візуалізуються як сфери, які пружно стикаються між собою і поводяться однаково, незалежно від того, які їх маси чи властивості.

У цьому випадку моль будь-якого ідеального газу буде займати при заданому тиску і температурі однаковий об'єм V _м . Потім йдеться про те, що в нормальних умовах P і T 1 атм і 0 ºC відповідно один моль ідеального газу буде займати об’єм 22,4 літра. Це значення є корисним і приблизним навіть при оцінці реальних газів.

Поняття та формула

Для газів

Безпосередньою формулою для обчислення молярного об’єму виду є:

V _m = V / n

Де V - обсяг, який він займає, а n - кількість виду в родимок. Проблема полягає в тому, що V _m залежить від тиску і температури, які відчувають молекули, і ми хочемо математичного вираження, яке враховує ці змінні.

Етилен на зображенні, H ₂ C = CH ₂ , має пов'язаний молекулярний об'єм, обмежений зеленим еліпсоїдом. Цей Н ₂ С = СН ₂ може обертатися декількома способами, що є як би згаданий еліпсоїд переміщений у просторі, щоб візуалізувати, який обсяг він буде займати (очевидно, незначно).

Однак якщо об'єм такого зеленого еліпсоїда помножити на N _A , число Авогадро, тоді ми моль молекул етилену; один моль еліпсоїдів, що взаємодіють один з одним. При більш високих температурах молекули будуть відділятися одна від одної; тоді як при більш високому тиску вони зменшаться і зменшать їх обсяг.

Тому V _m залежить від P і T. Етилен має площину геометрії, тому не можна думати, що його V _m точно і точно такий же, як у метану, CH ₄ , чотиригранної геометрії і здатний бути представлені сферою, а не еліпсоїдом.

Для рідин і твердих речовин

Молекули або атоми рідин і твердих речовин також мають власний V _м , що може бути приблизно пов'язане з їх щільністю:

V _m = m / (dn)

Температура впливає на молярний об'єм для рідин і твердих речовин більше, ніж тиск, до тих пір, поки останні не різко змінюються або надмірно (в порядку ГПа). Так само, як згадується з етиленом, геометричні та молекулярні структури мають великий вплив на значення V _m .

Однак при нормальних умовах спостерігається, що густини для різних рідин або твердих тіл не сильно відрізняються за своїми величинами; те саме відбувається з його молярними обсягами. Зауважте, що чим вони щільніше, тим меншим буде V _м .

Що стосується твердих речовин, то їх молярний об'єм також залежить від їх кристалічних структур (об'єму їх одиничної клітини).

Як обчислити молярний об'єм?

На відміну від рідин і твердих тіл, для ідеальних газів існує рівняння, яке дозволяє обчислити V _m як функцію P і T та їх зміни; це ідеальні гази:

P = nRT / V

Який розміщується для вираження V / n:

V / n = RT / P

V _m = RT / P

Якщо ми будемо використовувати константу газу R = 0,082 л · атм · К ^-1 · моль ^-1 , то температури слід виражати в кельвінах (К), а тиски в атмосфері. Зауважимо, що тут спостерігається, чому V _m є інтенсивним властивістю: T і P не мають нічого спільного з масою газу, а з його об'ємом.

Ці розрахунки справедливі лише за умов, коли гази поводяться близько до ідеальності. Однак значення, отримані в результаті експерименту, мають невелику похибку по відношенню до теоретичних.

Приклади обчислення мольного об’єму

Приклад 1

Є газ Y, щільність якого 8,5 · 10 ^-4 г / см ³ . Якщо у вас 16 грам еквівалентно 0,92 моля Y, знайдіть його мольний об'єм.

З формули щільності ми можемо обчислити, який об’єм Y займають ці 16 грам:

V = 16 г / (8,5 · 10 ^-4 г / см ³ )

= 18 823,52 см ³ або 18,82 л

Отже V _m обчислюється безпосередньо діленням цього об’єму на кількість заданих молей:

V _m = 18,82 л / 0,92 моль

= 20,45 л / моль або L моль ^-1 або дм ³ моль ^-1

Вправа 2

У попередньому прикладі Y в жоден момент часу не було вказано, яку температуру відчували частинки цього газу. Припускаючи, що Y працював при атмосферному тиску, обчисліть температуру, необхідну для його стиснення до визначеного мольного об’єму.

Твердження вправи довше, ніж його дозвіл. Ми використовуємо рівняння:

V _m = RT / P

Але ми вирішуємо для T, і, знаючи, що атмосферний тиск дорівнює 1 атм, ми вирішуємо:

T = V _m P / R

= (20,45 л / моль) (1 атм) / (0,082 л атм / к моль)

= 249,39 К

Тобто один моль Y буде займати 20,45 л при температурі, близькій до -23,76 ºC.

Вправа 3

За попередніми результатами визначте V _м при 0 ° С, 25 ° С та при абсолютному нулі при атмосферному тиску.

Перетворюючи температури на кельвін, спочатку маємо 273,17 К, 298,15 К і 0 К. Ми вирішуємо безпосередньо, замінюючи першу і другу температури:

V _m = RT / P

= (0,082 л атм / к моль) (273,15 К) / 1 атм

= 22,40 л / моль (0 ºC)

= (0,082 л атм / к моль) (298,15 К) / 1 атм

= 24,45 л / моль (25ºC)

Значення 22,4 літрів згадувалося на початку. Зверніть увагу, як V _m збільшується з температурою. Коли ми хочемо зробити той самий обчислення з абсолютним нулем, ми натрапимо на третій закон термодинаміки:

(0,082 л атм / к моль) (0 к) / 1 атм

= 0 л / моль (-273,15 ºC)

Газ Y не може мати неіснуючий молярний об'єм; це означає, що воно було перетворене в рідину, і попереднє рівняння більше не діє.

З іншого боку, неможливість обчислення V _м при абсолютному нулі підкоряється третьому закону термодинаміки, який говорить про те, що охолоджувати будь-яку речовину до температури абсолютного нуля неможливо.

Список літератури

1. Іра Н. Левін. (2014). Принципи фізикохімії. Шосте видання. Mc Graw Hill.
2. Глазстоун. (1970). Договір фізичної хімії. Друге видання. Агілар.
3. Вікіпедія. (2019). Молярний об'єм. Відновлено з: en.wikipedia.org
4. Гельменстін, Анна Марі, к.т.н. (08 серпня 2019 р.). Визначення молярного обсягу в хімії. Відновлено з: thinkco.com
5. BYJU'S. (2019). Формула молярного обсягу. Відновлено з: byjus.com
6. Гонсалес Моніка. (28 жовтня 2010 р.). Молярний об'єм. Відновлено з: quimica.laguia2000.com