MOLARNI VOLUMEN: KONCEPT I FORMULA, PRORAČUN I PRIMJERI - KEMIJA - 2026

Molarni volumen je intenzivan svojstvo koje pokazuje koliko je prostora zauzima jedan mol tvari ili određenog spoja. Predstavlja se simbolom V _m, a izražava se u jedinicama dm ³ / mol za plinove i cm ³ / mol za tekućine i krute tvari, zbog činjenice da su potonji više ograničeni svojim većim intermolekularnim silama.

Ovo svojstvo je ponavljano tijekom proučavanja termodinamičkih sustava koji uključuju plinove; jer za tekućine i krute tvari jednadžbe za određivanje V _m postaju složenije i netočne. Dakle, što se tiče osnovnih tečajeva, molarni volumen je uvijek povezan s teorijom idealnog plina.

Volumen molekule etilena površinski je ograničen zelenim elipsoidom i Avogadrovim brojem koji je veći od ove količine. Izvor: Gabriel Bolívar.

To je zbog činjenice da strukturalni aspekti nisu bitni za idealne ili savršene plinove; sve su njegove čestice vizualizirane kao sfere koje se elastično sudaraju jedna s drugom i ponašaju se na isti način bez obzira na njihove mase ili svojstva.

U tom slučaju, mol bilo kojeg idealnog plina će zauzeti, pri zadanom tlaku i temperaturi, isti volumen V _m. Zatim se kaže da će u normalnim uvjetima P i T, 1 atm i 0 ° C, jedan mol idealnog plina zauzeti volumen od 22,4 litre. Ova je vrijednost korisna i približna čak i pri procjeni stvarnih plinova.

Pojam i formula

Za plinove

Neposredna formula za izračun molarnog volumena vrste je:

V _m = V / n

Gdje je V volumen koji zauzima, a n količina vrste u molovima. Problem je što V _m ovisi o tlaku i temperaturi koju molekule doživljavaju, a želimo matematički izraz koji uzima u obzir ove varijable.

Etilena na slici, H ₂ C = CH ₂, ima svoju molekulsku volumen ograničen zelenom elipsoida. To H ₂ C = CH ₂ može okretati na više načina, što je kao da je rekao elipsoid su se preselili u prostoru predočiti koliko volumen će zauzimati (očito zanemariv).

Međutim, ako se volumen takvog zelenog elipsoida pomnoži s N _A, brojem Avogadro, tada molimo molekule etilena; jedan mol elipsoida koji međusobno djeluju. Pri višim temperaturama, molekule će se odvajati jedna od druge; dok su pod većim pritiskom oni će se skupiti i smanjiti volumen.

Stoga, V _m ovisi o P i T. etilen ima geometrijski, tako da se ne može smatrati da je njegova V _m je precizno i točno isti kao i onaj metana, CH ₄, od tetraedarskog geometrije i sposobna biti predstavljen sferom, a ne elipsoidom.

Za tekućine i krute tvari

Molekule ili atomi tekućina i krutih tvari također imaju svoj vlastiti V _m, što se može otprilike odnositi na njihovu gustoću:

V _m = m / (dn)

Temperatura utječe na molarni volumen tekućina i krutih tvari više od tlaka sve dok se posljednja promjena ne naglo promijeni ili bude pretjerana (redoslijedom GPa). Isto tako, kao što je spomenuto s etilenom, geometrije i molekularne strukture imaju velik utjecaj na vrijednosti V _m.

Međutim, u normalnim se uvjetima opaža da gustoće različitih tekućina ili krutih tvari ne variraju u velikoj veličini; isto se događa i s molarnim volumenima. Imajte na umu da što su gušće, to će biti manji V _m.

Što se tiče krutih tvari, njihov molarni volumen ovisi i o njihovim kristalnim strukturama (volumen njihove jedinične ćelije).

Kako izračunati molarni volumen?

Za razliku od tekućina i krutih tvari, za idealne plinove postoji jednadžba koja nam omogućuje izračunavanje V _m kao funkcije P i T i njihovih promjena; ovo je idealni plinovi:

P = nRT / V

Koji je prilagodljiv za izražavanje V / n:

V / n = RT / P

V _m = RT / P

Ako koristimo plinsku konstantu R = 0,082 L · atm · K ^-1 · mol ^-1, temperature bi trebale biti izražene u kelvinima (K), a pritisci u atmosferi. Imajte na umu da ovdje možemo vidjeti zašto je V _m intenzivno svojstvo: T i P nemaju nikakve veze s masom plina, već s njegovom volumenom.

Ovi proračuni vrijede samo u uvjetima kada se plinovi ponašaju bliski idealnosti. Međutim, vrijednosti dobivene eksperimentiranjem imaju malu granicu pogreške u odnosu na teorijske.

Primjeri za izračun molarnog volumena

Primjer 1

Postoji plin Y čija je gustoća 8,5 · 10 ^-4 g / cm ³. Ako imate 16 grama ekvivalentno 0,92 mola Y, pronađite njegov molarni volumen.

Iz formule gustoće možemo izračunati koliki volumen Y zauzima tih 16 grama:

V = 16 g / (8,5 · 10 ^-4 g / cm ³)

= 18,823,52 cm ³ ili 18,82 L

Dakle, V _m izračunava se dijeljenjem tog volumena s brojem danih molova:

V _m = 18.82 L / 0,92 mol

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

Vježba 2

U prethodnom primjeru Y, ni u jednom trenutku nije navedeno koja je temperatura doživjela čestice tog plina. Pod pretpostavkom da je Y radio pri atmosferskom tlaku, izračunajte temperaturu potrebnu za komprimiranje na utvrđeni molarni volumen.

Izjava o vježbi duža je od njezine rezolucije. Koristimo jednadžbu:

V _m = RT / P

Ali rješavamo za T, i znajući da je atmosferski tlak 1 atm, rješavamo:

T = V _m P / R

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

= 249,39 K

Odnosno, jedan mol Y zauzet će 20,45 litara na temperaturi bliskoj -23,76 ºC.

Vježba 3

Slijedom prethodnih rezultata odredite V _m na 0 ° C, 25 ° C i na apsolutnoj nuli pri atmosferskom tlaku.

Pretvarajući temperature u kelvin, prvo imamo 273,17 K, 298,15 K i 0 K. Riješimo izravno zamjenom prve i druge temperature:

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)

Na početku je spomenuta vrijednost od 22,4 litre. Primijetite kako se V _m povećava s temperaturom. Kad želimo napraviti isti izračun s apsolutnom nulom, nailazimo na treći zakon termodinamike:

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

= 0 L / mol (-273,15 ° C)

Plin Y ne može imati nepostojeći molarni volumen; to znači da je pretvorena u tekućinu i prethodna jednadžba više ne vrijedi.

S druge strane, nemogućnost izračunavanja V _m na apsolutnoj nuli pokorava se trećem zakonu termodinamike, koji kaže da je nemoguće ohladiti bilo koju supstancu do temperature apsolutne nule.

Reference

1. Ira N. Levine. (2014). Načela fizikohemije. Šesto izdanje. Mc Graw Hill.
2. Glasstone. (1970). Ugovor o fizičkoj kemiji. Drugo izdanje. Aguilar.
3. Wikipedia. (2019). Molarni volumen. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, dr. Sc. (08. kolovoza 2019.). Definicija molarnog volumena u kemiji. Oporavilo od: misel.com
5. BYJU'S. (2019). Formula molarnog volumena. Oporavilo od: byjus.com
6. González Monica. (28. listopada 2010.). Molarni volumen. Oporavak od: quimica.laguia2000.com