МОЛАРЕН ОБЕМ: КОНЦЕПЦИЯ И ФОРМУЛА, ИЗЧИСЛЕНИЕ И ПРИМЕРИ - ХИМИЯ - 2026

В моларен обем е интензивен свойство, което показва колко място заема един мол решена вещество или съединение. Той е представен със символа V _m и се изразява в единици dm ³ / mol за газове и cm ³ / mol за течности и твърди частици, поради факта, че последните са по-ограничени от по-големите си междумолекулни сили.

Това свойство се повтаря при изучаване на термодинамични системи, които включват газове; тъй като за течностите и твърдите вещества уравненията за определяне на V _m стават по-сложни и неточни. Следователно, що се отнася до основните курсове, моларният обем винаги е свързан с теорията за идеалния газ.

Обемът на етиленовата молекула е повърхностно ограничен от зеления елипсоид и броя на Avogadro, пъти повече от това количество. Източник: Габриел Боливар.

Това се дължи на факта, че структурните аспекти са без значение за идеалните или перфектните газове; всичките му частици се визуализират като сфери, които еластично се сблъскват една с друга и се държат по същия начин, независимо какви са техните маси или свойства.

В този случай мол от всеки идеален газ ще заеме при дадено налягане и температура същия обем V _m. След това се казва, че при нормални условия на P и T, 1 атм и 0 ° С, съответно, един мол идеален газ ще заеме обем 22,4 литра. Тази стойност е полезна и приблизителна дори при оценка на реални газове.

Концепция и формула

За газове

Непосредствената формула за изчисляване на молния обем на даден вид е:

V _m = V / n

Където V е обемът, който заема, и n е количеството на вида в бенките. Проблемът е, че V _m зависи от налягането и температурата, които изпитват молекулите, и искаме математически израз, който отчита тези променливи.

На етилена в изображението, Н ₂ C = CH ₂, има свързан молекулен обем ограничено от зелен елипсоид. Това Н ₂ С = СН ₂ може да се върти по различни начини, което е като споменатата елипсоид се премества в пространството за визуализиране колко обем ще заемат (очевидно незначителен).

Ако обаче обемът на такъв зелен елипсоид се умножи по N _A, числото на Avogadro, тогава ние mol от етиленови молекули; един мол от елипсоиди, взаимодействащи помежду си. При по-високи температури молекулите ще се отделят една от друга; докато при по-високо налягане те ще се свият и ще намалят обема си.

Следователно, V _m зависи от P и T. Етиленът има геометрия на равнината, така че не може да се мисли, че неговият V _m е точно и точно същият като този на метана, CH ₄, на тетраедричната геометрия и способен на да бъде представена със сфера, а не елипсоид.

За течности и твърди вещества

Молекулите или атомите на течностите и твърдите вещества също имат свой собствен V _m, който може да бъде приблизително свързан с тяхната плътност:

V _m = m / (dn)

Температурата влияе на молния обем за течности и твърди частици повече от налягането, стига последното да не се промени рязко или да бъде прекомерно (в реда на GPa). По същия начин, както е споменато с етилена, геометриите и молекулните структури оказват голямо влияние върху V _m стойностите.

Въпреки това, при нормални условия се наблюдава, че плътността на различните течности или твърди частици не варира твърде много в техните величини; същото се случва с молните му обеми. Обърнете внимание, че колкото по-плътни са, толкова по-малки ще са V _m.

По отношение на твърдите вещества, техният моларен обем също зависи от техните кристални структури (обемът на тяхната единична клетка).

Как да изчислим моларен обем?

За разлика от течностите и твърдите вещества, за идеалните газове има уравнение, което ни позволява да изчислим V _m като функция на P и T и техните промени; това е този на идеалните газове:

P = nRT / V

Който се приспособява да изразява V / n:

V / n = RT / P

V _m = RT / P

Ако използваме газовата константа R = 0,082 L · atm · K ^-1 · mol ^-1, тогава температурите трябва да бъдат изразени в келвин (K), а наляганията в атмосфери. Имайте предвид, че тук се наблюдава защо V _m е интензивно свойство: T и P нямат нищо общо с масата на газа, а с неговия обем.

Тези изчисления са валидни само при условия, при които газовете се държат близко до идеалността. Въпреки това стойностите, получени чрез експериментиране, имат малка граница на грешка по отношение на теоретичните.

Примери за изчисляване на моларен обем

Пример 1

Има газ Y, чиято плътност е 8,5 · 10 ^-4 g / cm ³. Ако имате 16 грама еквивалентни на 0,92 мола Y, намерете молния му обем.

От формулата за плътност можем да изчислим какъв обем Y заемат тези 16 грама:

V = 16 g / (8,5 · 10 ^-4 g / cm ³)

= 18 823,52 cm ³ или 18,82 L

Така V _m се изчислява директно, като се раздели този обем на броя на дадените бенки:

V _m = 18.82 L / 0.92 mol

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

Упражнение 2

В предишния пример на Y по всяко време не беше уточнено каква е температурата, изпитвана от частиците на този газ. Ако приемем, че Y е работил при атмосферно налягане, изчислете необходимата температура за компресирането му до определения моларен обем.

Изявлението на упражнението е по-дълго от неговата резолюция. Използваме уравнението:

V _m = RT / P

Но решаваме за Т и като знаем, че атмосферното налягане е 1 атм, решаваме:

T = V _m P / R

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

= 249,39 К

Тоест един мол Y ще заеме 20,45 литра при температура, близка до -23,76 ºC.

Упражнение 3

Следвайки предишните резултати, определете V _m при 0 ° C, 25 ° C и при абсолютна нула при атмосферно налягане.

Преобразувайки температурите в келвин, първо имаме 273,17 К, 298,15 К и 0 К. Решаваме директно, като заместваме първата и втората температура:

V _m = RT / P

= (0,082 L атм / К мол) (273,15 К) / 1 атм

= 22.40 L / mol (0 ºC)

= (0,082 L атм / К мол) (298,15 К) / 1 атм

= 24.45 L / mol (25ºC)

Стойността на 22,4 литра беше спомената в началото. Забележете как V _{m се} увеличава с температурата. Когато искаме да направим същото изчисление с абсолютна нула, ние се натъкваме на третия закон на термодинамиката:

(0,082 L атм / К мол) (0 К) / 1 атм

= 0 L / mol (-273.15 ºC)

Газ Y не може да има несъществуващ моларен обем; това означава, че той е трансформиран в течност и предишното уравнение вече не е валидно.

От друга страна, невъзможността за изчисляване на V _m при абсолютна нула се подчинява на третия закон на термодинамиката, който казва, че е невъзможно да се охлади всяко вещество до температурата на абсолютната нула.

Препратки

1. Ира Н. Левайн. (2014). Принципи на физикохимията. Шесто издание. Mc Graw Hill.
2. Glasstone. (1970). Договор за физическа химия. Второ издание. Агилар.
3. Wikipedia. (2019). Моларен обем. Възстановено от: en.wikipedia.org
4. Хелменстин, Ан Мари, доктор на науките (08 август 2019 г.). Определение на молния обем в химията. Възстановено от: thinkco.com
5. BYJU-те години. (2019). Формула на моларен обем. Възстановено от: byjus.com
6. Гонсалес Моника. (28 октомври 2010 г.). Моларен обем. Възстановено от: quimica.laguia2000.com