MOLĀRS TILPUMS: JĒDZIENS UN FORMULA, APRĒĶINS UN PIEMĒRI - ĶĪMIJA - 2025

Molārā apjoms ir intensīva īpašums, kas norāda, cik daudz vietas aizņem vienu moli noteiktā vielas vai savienojumu. To attēlo ar simbolu V _m , un to izsaka dm ³ / mol vienībās gāzēm un cm ³ / mol vienībās šķidrumiem un cietām vielām sakarā ar to, ka pēdējās ir vairāk ierobežotas ar lielākiem starpmolekulāriem spēkiem.

Šis īpašums atkārtojas, pētot termodinamiskās sistēmas, kurās iesaistītas gāzes; jo šķidrumiem un cietām vielām V _m noteikšanas vienādojumi kļūst sarežģītāki un neprecīzi. Tāpēc, ciktāl tas attiecas uz pamata kursiem, molārais tilpums vienmēr ir saistīts ar ideālas gāzes teoriju.

Etilēna molekulas tilpumu virspusēji ierobežo zaļais elipsoīds un Avogadro skaits, kas reizināts ar šo daudzumu. Avots: Gabriel Bolívar.

Tas ir saistīts ar faktu, ka strukturālajiem aspektiem nav nozīmes attiecībā uz ideālām vai perfektām gāzēm; visas tā daļiņas tiek vizualizētas kā sfēras, kas elastīgi saduras viena ar otru un rīkojas vienādi neatkarīgi no to masas vai īpašībām.

Šajā gadījumā jebkura ideālas gāzes mols noteiktā spiedienā un temperatūrā aizņem tādu pašu tilpumu V _m . Pēc tam tiek teikts, ka normālos P un T, attiecīgi 1 atm un 0 ° C apstākļos ideālas gāzes viens mols aizņem 22,4 litrus. Šī vērtība ir noderīga un aptuvena pat tad, ja novērtē reālās gāzes.

Koncepcija un formula

Gāzēm

Tiešā formula sugas molārā tilpuma aprēķināšanai ir:

V _m = V / n

Kur V ir tilpums, ko tas aizņem, un n ir sugu daudzums dzimumzīmēs. Problēma ir tā, ka V _m ir atkarīgs no spiediena un temperatūras, ko piedzīvo molekulas, un mēs vēlamies matemātisku izteiksmi, kurā ņemti vērā šie mainīgie.

Ar attēla etilēns, H ₂ C = CH ₂ , ir piesaistīts molekulārā tilpumu ierobežots ar zaļu elipses. Šis H ₂ C = CH ₂ var pagriezties vairākos veidos, it kā minētais elipsoīds tiktu pārvietots telpā, lai parādītu, cik lielu daudzumu tas aizņemtu (acīmredzami nenozīmīgs).

Tomēr, ja šāda zaļā elipsoīda tilpumu reizina ar N _A , Avogadro skaitli, tad mēs mol etilēna molekulas; viens mols elipsoīdu mijiedarbojas viens ar otru. Augstākā temperatūrā molekulas atdalīsies viena no otras; atrodoties augstākā spiedienā, tie samazināsies un samazinās to daudzumu.

Tāpēc V _m ir atkarīgs no P un T. Etilēnam ir plaknes ģeometrija, tāpēc nevar uzskatīt, ka tā V _m ir precīzi un tieši tāds pats kā metāna, CH ₄ , tetraedriskā ģeometrija un spējīgs jāattēlo ar sfēru, nevis elipsoīdu.

Šķidrumiem un cietām vielām

Šķidrumu un cietvielu molekulām vai atomiem ir arī savs V _m , ko var aptuveni saistīt ar to blīvumu:

V _m = m / (dn)

Temperatūra vairāk ietekmē šķidrumu un cietvielu molāro tilpumu nekā spiedienu, ja vien pēdējais pēkšņi nemainās vai ir pārmērīgs (GPa secībā). Tāpat, kā minēts etilēna gadījumā, ģeometrijai un molekulārajai struktūrai ir liela ietekme uz V _m vērtībām .

Tomēr normālos apstākļos tiek novērots, ka dažādu šķidrumu vai cieto vielu blīvums to magnitūtā nav pārāk atšķirīgs; tas pats notiek ar tā molārajiem tilpumiem. Ņemiet vērā, ka jo blīvāki tie ir, jo mazāks būs V _m .

Cietās vielas to molārais tilpums ir atkarīgs arī no to kristāliskajām struktūrām (to vienības lieluma).

Kā aprēķināt molāro tilpumu?

Atšķirībā no šķidrumiem un cietām vielām ideālām gāzēm ir vienādojums, kas ļauj aprēķināt V _m kā P un T funkciju un to izmaiņas; tas ir, ideālas gāzes:

P = nRT / V

Kas ir paredzēts, lai izteiktu V / n:

V / n = RT / P

V _m = RT / P

Ja mēs izmantojam gāzes konstanti R = 0,082 L · atm · K ^-1 · mol ^-1 , tad temperatūra jāizsaka kelvinos (K) un spiediens atmosfērās. Ņemiet vērā, ka šeit tiek novērots, kāpēc V _m ir intensīvs īpašums: T un P nav nekā kopīga ar gāzes masu, bet ar tās tilpumu.

Šie aprēķini ir derīgi tikai apstākļos, kad gāzes uzvedas tuvu ideālam. Tomēr eksperimentos iegūtajām vērtībām ir neliela kļūdas robeža salīdzinājumā ar teorētiskajām.

Molārā tilpuma aprēķināšanas piemēri

1. piemērs

Ir gāze Y, kuras blīvums ir 8,5 · ^10–4 g / cm ³ . Ja jums ir 16 grami, kas atbilst 0,92 moliem Y, atrodiet tā molāro tilpumu.

Pēc blīvuma formulas mēs varam aprēķināt, cik lielu Y tilpumu šie 16 grami aizņem:

V = 16 g / (8,5 · ^10–4 g / cm ³ )

= 18 823,52 cm ³ vai 18,82 L

Tātad V _m aprēķina tieši, dalot šo tilpumu ar doto molu skaitu:

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

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

2. vingrinājums

Iepriekšējā Y piemērā nevienā brīdī nebija norādīts, kāda temperatūra bija šīs gāzes daļiņām. Pieņemot, ka Y tika strādāts pie atmosfēras spiediena, aprēķiniet temperatūru, kas nepieciešama, lai to saspiestu līdz noteiktajam molārā tilpumam.

Izdevuma paziņojums ir garāks par tā rezolūciju. Mēs izmantojam vienādojumu:

V _m = RT / P

Bet mēs risinām T un, zinot, ka atmosfēras spiediens ir 1 atm, mēs risinām:

T = V _m P / R

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

= 249,39 K

Tas ir, viens Y mols aizņems 20,45 litrus temperatūrā, kas tuvu -23,76 ºC.

3. vingrinājums

Pēc iepriekšējiem rezultātiem nosakiet V _m pie 0 ° C, 25 ° C un absolūtā nulles pie atmosfēras spiediena.

Pārveidojot temperatūru līdz kelviniem, mums vispirms ir 273,17 K, 298,15 K un 0 K. Mēs risinām tieši, aizstājot pirmo un otro temperatūru:

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)

Sākumā tika pieminēta 22,4 litru vērtība. Ievērojiet, kā V _m palielinās līdz ar temperatūru. Kad mēs vēlamies veikt to pašu aprēķinu ar absolūto nulli, mēs paklupt uz trešo termodinamikas likumu:

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

= 0 L / mol (-273,15 ºC)

Gāzei Y nedrīkst būt neeksistējoša molārā tilpuma; tas nozīmē, ka tas ir pārveidots par šķidrumu un iepriekšējais vienādojums vairs nav derīgs.

No otras puses, neiespējamība aprēķināt V _m pie absolūtas nulles pakļaujas trešajam termodinamikas likumam, kas saka, ka nevienu vielu nav iespējams atdzesēt līdz absolūtās nulles temperatūrai.

Atsauces

1. Ira N. Levine. (2014). Fizikālās ķīmijas principi. Sestais izdevums. Mc Graw Hill.
2. Glasstone. (1970). Fizikālās ķīmijas līgums. Otrais izdevums. Aguilar.
3. Wikipedia. (2019. gads). Molārais tilpums. Atgūts no: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019. gada 8. augusts). Molārā tilpuma definīcija ķīmijā. Atgūts no: domaco.com
5. BUDŽU. (2019. gads). Molārā tilpuma formula. Atgūts no: byjus.com
6. González Monica. (2010. gada 28. oktobris). Molārais tilpums. Atgūts no: quimica.laguia2000.com