MOLVOLUMEN: KONCEPT OG FORMEL, BEREGNING OG EKSEMPLER - KEMI - 2025

Det molære volumen er en intensiv egenskab, der angiver, hvor meget plads der optager en mol bestemt stof eller forbindelse. Det repræsenteres af symbolet V _m, og udtrykkes i enheder af dm ³ / mol for gasser, og cm ³ / mol for væsker og faste stoffer, på grund af det faktum, at sidstnævnte er mere begrænset af deres større intermolekylære kræfter.

Denne egenskab er gentagne, når man studerer termodynamiske systemer, der involverer gasser; eftersom ligninger og faste stoffer bliver ligningerne til bestemmelse af V _m mere komplicerede og unøjagtige. Derfor, hvad angår grundlæggende kurser, er det molære volumen altid forbundet med den ideelle gasteori.

Volumenet af et ethylenmolekyle er overfladisk begrænset af den grønne ellipsoide og Avogadros antal gange denne mængde. Kilde: Gabriel Bolívar.

Dette skyldes det faktum, at strukturelle aspekter er irrelevante for ideelle eller perfekte gasser; alle dens partikler visualiseres som kugler, der elastisk kolliderer med hinanden og opfører sig på samme måde, uanset hvad deres masser eller egenskaber er.

Dette er tilfældet, vil et mol af enhver ideal gas optager samme volumen V _m ved et givet tryk og temperatur. Det siges derefter, at under normale forhold på henholdsvis P og T, 1 atm og 0 ºC, vil en mol af en ideel gas optage et volumen på 22,4 liter. Denne værdi er nyttig og omtrentlig, selv når man vurderer reelle gasser.

Koncept og formel

For gasser

Den øjeblikkelige formel til beregning af molens volumen er:

V _m = V / n

Hvor V er det volumen, det optager, og n er mængden af ​​arten i mol. Problemet er, at V _m afhænger af tryk og temperatur, at molekylerne erfaring, og vi ønsker et matematisk udtryk, der tager disse variable i betragtning.

Ethylen i billedet, H ₂ C = CH ₂, har en tilhørende molekylvolumen begrænset af en grøn ellipsoide. Denne H ₂ C = CH ₂ kan rotere på flere måder, hvilket er som hvis nævnte ellipsoide blev flyttet i rummet til at visualisere hvor meget volumen det ville optage (naturligvis ubetydelig).

Men hvis mængden af sådan grøn ellipsoide multipliceres med N _A, Avogadros tal, så vi mol ethylenoxid molekyler; en mol ellipsoider, der interagerer med hinanden. Ved højere temperaturer vil molekylerne adskille sig fra hinanden; mens de er ved højere pres, vil de trække sig sammen og reducere deres volumen.

Derfor, V _m er afhængig af P og T. Ethylen har en plan geometri, så det ikke kan tænkes, at dens V _m er præcist og nøjagtigt den samme som for methan, CH ₄, af tetraedrisk geometri og i stand til være repræsenteret med en kugle og ikke en ellipsoid.

Til væsker og faste stoffer

Molekylerne eller atomer af væsker og faste stoffer har også deres egen V _m, som kan groft relateret til deres densitet:

V _m = m / (dn)

Temperaturen påvirker molvolumen for væsker og faste stoffer mere end tryk, så længe sidstnævnte ikke ændrer sig pludseligt eller er ublu (i størrelsesordenen GPa). Ligeledes som nævnt med ethylen, de geometrier og molekylære strukturer har en stor indflydelse på de V _m værdier.

Under normale forhold observeres det imidlertid, at densiteterne for forskellige væsker eller faste stoffer ikke varierer for meget i deres størrelser; det samme sker med dets molære volumener. Bemærk, at jo tættere de er, jo mindre V _m vil være.

Med hensyn til faste stoffer afhænger deres molære volumen også af deres krystallinske strukturer (volumenet af deres enhedscelle).

Hvordan beregnes molvolumen?

Modsætning væsker og faste stoffer, for ideelle gasser der er en ligning, der giver os mulighed for at beregne V _m som funktion af P og T og deres ændringer; dette er, ideelle gasser:

P = nRT / V

Hvilket bliver tilpasset til at udtrykke V / n:

V / n = RT / P

V _m = RT / P

Hvis vi bruger gaskonstanten R = 0,082 L · atm · K ^-1 · mol ^-1, skal temperaturerne udtrykkes i kelvin (K) og trykket i atmosfæren. Bemærk, at her er det observeret, hvorfor V _m er et intensivt ejendom: T og P har intet at gøre med massen af gas, men med dens volumen.

Disse beregninger er kun gyldige under forhold, hvor gasser opfører sig tæt på idealitet. Værdierne opnået ved eksperimentering har imidlertid en lille fejlmargin i forhold til de teoretiske.

Eksempler på beregning af molvolumen

Eksempel 1

Der er en gas Y hvis densitet 8.5 · 10 ^-4 g / cm ³. Hvis du har 16 gram svarende til 0,92 mol Y, skal du finde dets molære volumen.

Fra densitetsformlen kan vi beregne, hvilket volumen Y disse 16 gram optager:

V = 16 g / (8,5 · 10 ^-4 g / cm ³)

= 18,823,52 cm ³ eller 18,82 L

Så V _m beregnes direkte ved at dividere denne mængde med antallet af mol givet:

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

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

Øvelse 2

I det forrige eksempel på Y blev det ikke på noget tidspunkt specificeret, hvad der var temperaturen, som partiklerne af denne gas oplevede. Forudsat at Y blev arbejdet ved atmosfærisk tryk, beregne den nødvendige temperatur for at komprimere den til det bestemte molære volumen.

Erklæringen om øvelsen er længere end dens opløsning. Vi bruger ligningen:

V _m = RT / P

Men vi løser for T, og vel vidende, at atmosfæretrykket er 1 atm, løser vi:

T = V _m P / R

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

= 249,39 K

Det vil sige, at en mol Y optager 20,45 liter ved en temperatur tæt på -23,76 ºC.

Øvelse 3

Efter de tidligere resultater, bestemme V _m ved 0 ° C, 25 ° C og ved absolut nul ved atmosfærisk tryk.

Omdannelse af temperaturerne til kelvin, vi har først 273,17 K, 298,15 K og 0 K. Vi løser direkte ved at erstatte den første og anden temperatur:

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 (25 ° C)

Værdien på 22,4 liter blev nævnt i starten. Bemærk, hvordan V _m stiger med temperaturen. Når vi vil udføre den samme beregning med absolut nul, snubler vi over termodynamikens tredje lov:

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

= 0 l / mol (-273,15 ºC)

Gas Y kan ikke have et ikke-eksisterende molvolumen; dette betyder, at den er omdannet til en væske, og den forrige ligning er ikke længere gyldig.

På den anden side, umuligheden af at beregne V _m ved absolutte nul adlyder den tredje termodynamikkens, som siger, at det er umuligt at afkøle ethvert stof til temperaturen i det absolutte nulpunkt.

Referencer

1. Ira N. Levine. (2014). Principper for fysisk kemi. Sjette udgave. Mc Graw Hill.
2. Glasstone. (1970). Traktat om fysisk kemi. Anden version. Aguilar.
3. Wikipedia. (2019). Molvolumen. Gendannet fra: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, ph.d. (8. august 2019). Molar Volume Definition in Chemistry. Gendannes fra: thoughtco.com
5. BYJU'S. (2019). Molær volumenformel. Gendannes fra: byjus.com
6. González Monica. (28. oktober 2010). Molvolumen. Gendannes fra: quimica.laguia2000.com