MOLAARINEN TILAVUUS: KÄSITE JA KAAVA, LASKENTA JA ESIMERKIT - KEMIA - 2026

Molaarinen määrä on intensiivinen ominaisuus, joka ilmaisee, kuinka paljon tilaa vie yhden moolin määritetyn aineen tai yhdisteen. Sitä edustaa symboli V _m, ja se ilmaistaan ​​yksiköinä dm ³ / mol kaasuille ja cm ³ / mol yksiköille ja nesteille, johtuen tosiasiasta, että viimeksi mainitut rajoittuvat enemmän niiden suurempiin molekyylien välisiin voimiin.

Tämä ominaisuus toistuu tutkittaessa termodynaamisia järjestelmiä, joihin liittyy kaasuja; koska nesteitä ja kiinteitä aineita, yhtälöt määrittää V _m tullut monimutkaisempia ja epätarkkoja. Siksi peruskurssien suhteen moolitilavuus liittyy aina ihanteellisen kaasuteorian kanssa.

Etyleenimolekyylin tilavuutta rajoittaa pinnallisesti vihreä ellipsoidi ja Avogarron lukumäärät tämän määrän verran. Lähde: Gabriel Bolívar.

Tämä johtuu siitä, että rakenteellisilla näkökohdilla ei ole merkitystä ihanteellisten tai täydellisten kaasujen suhteen; kaikki sen hiukkaset visualisoidaan palloiksi, jotka törmäävät elastisesti keskenään ja käyttäytyvät samalla tavalla riippumatta siitä, mitkä ovat niiden massat tai ominaisuudet.

Tällöin minkä tahansa ihanteellisen kaasun mooli vie tietyssä paineessa ja lämpötilassa saman tilavuuden V _m. Sitten sanotaan, että normaaliolosuhteissa P ja T, vastaavasti 1 atm ja 0 ° C, yksi mooli ihanteellista kaasua vie 22,4 litran tilavuuden. Tämä arvo on hyödyllinen ja likimääräinen jopa arvioitaessa todellisia kaasuja.

Konsepti ja kaava

Kaasuille

Suora kaava lajin moolitilavuuden laskemiseksi on:

V _m = V / n

Missä V on sen käyttämä tilavuus ja n on lajien määrä moolina. Ongelmana on, että V _m riippuu molekyylien kokemasta paineesta ja lämpötilasta, ja haluamme matemaattisen lausekkeen, joka ottaa nämä muuttujat huomioon.

Eteeni kuvan, H ₂ C = CH ₂, on siihen liittyvä molekyylitilavuudessa rajoittaa vihreä ellipsoidin. Tämä H ₂ C = CH ₂ voi pyöriä useilla eri tavoilla, mikä on ikään kuin mainittu ellipsoidina siirrettiin avaruudessa visualisoida kuinka paljon tilavuus se miehittää (ilmeisesti merkityksetön).

Kuitenkin, jos tällaisen vihreän ellipsoidin tilavuus kerrotaan N _{A: lla}, Avogadro-luvulla, niin me mol eteenin molekyylejä; yksi mooli ellipsoideja vuorovaikutuksessa keskenään. Korkeammissa lämpötiloissa molekyylit erottuvat toisistaan; korkeammassa paineessa ne supistuvat ja vähentävät tilavuuttaan.

Näin ollen, V _m on riippuvainen P ja T. Eteeni on tasogeometria, joten se ei voida ajatella, että sen V _m on juuri ja juuri sama kuin metaanin, CH ₄, tetraedri geometria ja jotka kykenevät olla pallo, ei ellipsoidi.

Nesteille ja kiinteille aineille

Molekyylit tai atomien Nesteiden ja kiinteiden aineiden on myös omat V _m, joka voidaan karkeasti liittyvät niiden tiheys:

V _m = m / (dn)

Lämpötila vaikuttaa nesteiden ja kiinteiden aineiden molaariseen tilavuuteen enemmän kuin paine, kunhan viimeksi mainittu ei muutu äkillisesti tai on liiallinen (GPa: n luokassa). Samoin, kuten edellä on eteenin kanssa, geometriat ja molekyylirakenteet on suuri vaikutus V- _m -arvot.

Normaaliolosuhteissa kuitenkin havaitaan, että eri nesteiden tai kiinteiden aineiden tiheydet eivät vaihtele liikaa niiden suuruuksilta; sama tapahtuu sen moolitilavuuksilla. Huomaa, että tiheämpi ne ovat, sitä pienempi V _m on.

Kiintoaineiden suhteen niiden moolitilavuus riippuu myös niiden kiteisistä rakenteista (yksikkökennon tilavuudesta).

Kuinka laskea molaarinen tilavuus?

Toisin kuin nesteet ja kiinteät aineet, ihanteellisille kaasuille on yhtälö, jonka avulla voimme laskea V _m P: n ja T: n ja niiden muutosten funktiona; tämä on ihanteellisia kaasuja:

P = nRT / V

Mikä on sovitettu ilmaisemaan V / n:

V / n = RT / P

V _m = RT / P

Jos käytämme kaasukonstantia R = 0,082 L · atm · K ^-1 · mol ^-1, niin lämpötilat tulisi ilmaista kelvininä (K) ja paineet ilmakehässä. Huomaa, että tässä havaitaan, miksi V _m on intensiivinen ominaisuus: T: llä ja P: llä ei ole mitään tekemistä kaasun massan kanssa, vaan sen tilavuuden kanssa.

Nämä laskelmat ovat voimassa vain olosuhteissa, joissa kaasut käyttäytyvät lähellä ihanteellisuutta. Kokeilulla saaduilla arvoilla on kuitenkin pieni virhemarginaali verrattuna teoreettisiin arvoihin.

Esimerkkejä moolitilavuuden laskemisesta

Esimerkki 1

On kaasu Y, jonka tiheys on 8,5 · 10 ^-4 g / cm ³. Jos sinulla on 16 grammaa, joka vastaa 0,92 moolia Y: tä, löydä sen moolitilavuus.

Tiheyskaavasta voidaan laskea, mitä Y-tilavuutta nämä 16 grammaa vievät:

V = 16 g / (8,5 · 10 ^-4 g / cm ³)

= 18,823.52 cm ³ tai 18,82 L

Joten V _m lasketaan suoraan jakamalla tämä tilavuus annettujen moolien määrällä:

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

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

Harjoitus 2

Y: n edellisessä esimerkissä ei ollut milloin tahansa määritelty, mikä lämpötila oli kyseisen kaasun hiukkasilla. Jos oletetaan, että Y: tä käytettiin ilmakehän paineessa, laske lämpötila, joka tarvitaan sen puristamiseksi määritettyyn moolitilavuuteen.

Harjoittelun lausunto on pidempi kuin päätöslauselma. Käytämme yhtälöä:

V _m = RT / P

Mutta ratkaisumme T: lle ja tietäen, että ilmakehän paine on 1 atm, ratkaisemme:

T = V _m P / R

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

= 249,39 K

Toisin sanoen yksi mooli Y: tä vie 20,45 litraa lämpötilassa, joka on lähellä -23,76 ºC.

Harjoitus 3

Edellisten tulosten perusteella määritetään V _m lämpötilassa 0 ° C, 25 ° C ja absoluuttisessa nollassa ilmakehän paineessa.

Muuttamalla lämpötilat kelviniksi, meillä on ensin 273,17 K, 298,15 K ja 0 K. Ratkaisemme suoraan korvaamalla ensimmäisen ja toisen lämpötilan:

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)

Alussa mainittiin arvo 22,4 litraa. Huomaa, kuinka V _m kasvaa lämpötilan. Kun haluamme tehdä saman laskelman absoluuttisella nollalla, kompastuimme termodynamiikan kolmanteen lakiin:

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

= 0 l / mol (-273,15 ºC)

Kaasulla Y ei voi olla olematonta moolitilavuutta; tämä tarkoittaa, että se on muutettu nesteeksi ja edellinen yhtälö ei ole enää voimassa.

Toisaalta mahdotonta laskea V _m absoluuttisessa nollassa noudattaa termodynamiikan kolmatta lakia, jonka mukaan mitään ainetta on mahdotonta jäähdyttää absoluuttisen nollan lämpötilaan.

Viitteet

1. Ira N. Levine. (2014). Fysikaalisen kemian periaatteet. Kuudes painos. Mc Graw Hill.
2. Glasstone. (1970). Fysikaalisen kemian sopimus. Toinen painos. Aguilar.
3. Wikipedia. (2019). Molaarinen tilavuus. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, tohtori Anne Marie (8. elokuuta 2019). Molaarisen tilavuuden määritelmä kemiassa. Palautettu osoitteesta: gondo.com
5. BYJU'S. (2019). Molaarisen tilavuuden kaava. Palautettu sivustolta: byjus.com
6. González Monica. (28. lokakuuta 2010). Molaarinen tilavuus. Palautettu osoitteesta: quimica.laguia2000.com