MOLÆRT VOLUM: KONSEPT OG FORMEL, BEREGNING OG EKSEMPLER - KJEMI - 2026

Den molare volum er en intensiv egenskap som angir hvor mye plass som opptar et mol av bestemt stoff eller en sammensetning. Det er representert ved symbolet V _m , og er uttrykt i enheter av dm ³ / mol for gasser, og cm ³ / mol for væsker og faste stoffer, på grunn av det faktum at den sistnevnte er mer begrenset av deres større intermolekylære krefter.

Denne egenskapen er tilbakevendende når du studerer termodynamiske systemer som involverer gasser; siden, for væsker og faste stoffer, blir likningene for å bestemme V _m mer kompliserte og unøyaktige. Derfor, når det gjelder grunnleggende kurs, er det molære volumet alltid forbundet med den ideelle gassteorien.

Volumet av et etylenmolekyl er overfladisk begrenset av den grønne ellipsoiden og Avogadros antall ganger denne mengden. Kilde: Gabriel Bolívar.

Dette skyldes det faktum at strukturelle aspekter er irrelevante for ideelle eller perfekte gasser; alle partiklene blir visualisert som kuler som elastisk kolliderer med hverandre og oppfører seg på samme måte uansett hva deres masser eller egenskaper er.

Når dette er tilfelle, vil et mol av noen ideell gass oppta, ved et gitt trykk og temperatur, det samme volum V _m . Det sies da at under normale forhold på henholdsvis P og T, 1 atm og 0 ºC, vil en mol av en ideell gass oppta et volum på 22,4 liter. Denne verdien er nyttig og omtrentlig selv når du vurderer reelle gasser.

Konsept og formel

For gasser

Den umiddelbare formelen for å beregne molartvolumet til en art er:

V _m = V / n

Hvor V er volumet den opptar, og n er mengden av arten i føflekker. Problemet er at V _m avhenger av trykket og temperaturen som molekylene opplever, og vi ønsker et matematisk uttrykk som tar hensyn til disse variablene.

Etylen i bildet, H _2- C = CH ₂ , har en tilknyttet molekylært volum begrenset av en grønn ellipsoide. Dette H _2- C = CH ₂ kan rotere på flere måter, som er som om den nevnte ellipsoide ble flyttet på plass for å visualisere hvordan mye volum det ville oppta (selvsagt ubetydelig).

Imidlertid, dersom volumet av slike grønne ellipsoiden er multiplisert med N _A , er Avogadros tall, da vi mol etylen-molekyler; en mol ellipsoider som samhandler med hverandre. Ved høyere temperaturer vil molekylene skille seg fra hverandre; mens ved høyere trykk, vil de trekke seg sammen og redusere volumet.

Derfor, V _m er avhengig av P og T. etylen har en plan geometri, slik at det ikke kan sees at dens V _m er presist og nøyaktig den samme som for metan, CH ₄ , av tetraedrisk geometri og i stand til å være representert med en sfære og ikke en ellipsoid.

For væsker og faste stoffer

De molekyler eller atomer av væsker og faste stoffer har også sitt eget V _m , som kan grovt relatert til deres densitet:

V _m = m / (dn)

Temperaturen påvirker molvolumet for væsker og faste stoffer mer enn trykk, så lenge sistnevnte ikke endres brått eller er ublu (i størrelsesorden GPa). På samme måte som nevnt med etylen, geometrier og molekylstruktur har en stor innflytelse på de V- _m -verdier .

Under normale forhold observeres det imidlertid at tettheten for forskjellige væsker eller faste stoffer ikke varierer for mye i størrelsesorden; det samme skjer med dets molare volum. Merk at tettere de er, jo mindre V _m vil være .

Når det gjelder faste stoffer, avhenger deres molære volum også av deres krystallinske strukturer (volumet av deres enhetscelle).

Hvordan beregne molvolum?

I motsetning til væsker og faste stoffer, for ideelle gasser der er en ligning som gjør det mulig for oss å beregne V _m som en funksjon av P og T og deres endringer; dette er, ideelle gasser:

P = nRT / V

Som blir plass til å uttrykke V / n:

V / n = RT / P

V _m = RT / P

Hvis vi bruker gasskonstanten R = 0,082 L · atm · K ^-1 · mol ^-1 , bør temperaturene uttrykkes i kelvin (K), og trykket i atmosfæren. Legg merke til at her er det observert hvorfor V _m er en intensiv egenskap: T og P har ingenting å gjøre med gassmassen, men med dens volum.

Disse beregningene er bare gyldige under forhold der gasser oppfører seg nær idealiteten. Verdiene oppnådd gjennom eksperimentering har imidlertid en liten feilmargin i forhold til de teoretiske.

Eksempler på beregning av molvolum

Eksempel 1

Det er en gass-Y hvis tetthet er 8,5 * 10 ~ ^-4 g / cm ³ . Hvis du har 16 gram som tilsvarer 0,92 mol Y, finn det molære volumet.

Fra tetthetsformelen kan vi beregne hvilket volum Y disse 16 gram opptar:

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 å dividere dette volum med antall mol gitt:

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

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

Oppgave 2

I det forrige eksemplet på Y ble det ikke på noe tidspunkt spesifisert hva som var temperaturen som partiklene i den gassen opplevde. Forutsatt at Y ble arbeidet ved atmosfæretrykk, beregne temperaturen som kreves for å komprimere den til det bestemte molære volum.

Uttalelsen om øvelsen er lengre enn dens oppløsning. Vi bruker ligningen:

V _m = RT / P

Men vi løser for T, og vel vitende om 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 si at en mol Y vil okkupere 20,45 liter ved en temperatur nær -23,76 ºC.

Oppgave 3

Etter de tidligere resultater, bestemme V _m ved 0 ° C, 25 ° C og ved absolutte null ved atmosfæretrykk.

Transformerer temperaturene til kelvin, har vi først 273,17 K, 298,15 K og 0 K. Vi løser direkte ved å erstatte den første og andre 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 ºC)

Verdien på 22,4 liter ble nevnt i begynnelsen. Legg merke til hvordan V _m øker med temperaturen. Når vi ønsker å gjøre den samme beregningen med absolutt null, snubler vi over termodynamikkens tredje lov:

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

= 0 l / mol (-273,15 ºC)

Gass Y kan ikke ha et ikke-eksisterende molvolum; Dette betyr at den har blitt transformert til en væske og den forrige ligningen er ikke lenger gyldig.

På den annen side, det er umulig å beregne V _m på det absolutte nullpunkt adlyder termodynamikkens tredje lov, som sier at det er umulig å kjøle noen substans til temperaturen i absolutte nullpunkt.

referanser

1. Ira N. Levine. (2014). Prinsipper for fysikalsk kjemi. Sjette utgave. Mc Graw Hill.
2. Glasstone. (1970). Traktat om fysisk kjemi. Andre utgave. Aguilar.
3. Wikipedia. (2019). Molært volum. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (8. august 2019). Molar Volum Definisjon i kjemi. Gjenopprettet fra: thoughtco.com
5. BYJU'S. (2019). Molar Volume Formula. Gjenopprettet fra: byjus.com
6. González Monica. (28. oktober 2010). Molært volum. Gjenopprettet fra: quimica.laguia2000.com