Molair volume concept en formule, berekening en voorbeelden

3180
Sherman Hoover

De molair volume Het is een intensieve eigenschap die aangeeft hoeveel ruimte een mol van een bepaalde stof of verbinding inneemt. Het wordt weergegeven door het symbool Vm, y wordt uitgedrukt in eenheden van dm3/ mol voor gassen, en cm3/ mol voor vloeistoffen en vaste stoffen, omdat deze laatste meer beperkt zijn door hun hogere intermoleculaire krachten.

Deze eigenschap komt terug bij het bestuderen van thermodynamische systemen waarbij gassen betrokken zijn; aangezien, voor vloeistoffen en vaste stoffen, de vergelijkingen om V te bepalenm ze worden ingewikkelder en onnauwkeuriger. Daarom wordt het molaire volume voor wat betreft basiscursussen altijd geassocieerd met de ideale gastheorie..

Het volume van een ethyleenmolecuul wordt oppervlakkig beperkt door de groene ellipsoïde en Avogadro's aantal maal deze hoeveelheid. Bron: Gabriel Bolívar.

Dit komt doordat structurele aspecten niet relevant zijn voor ideale of perfecte gassen; al zijn deeltjes worden gevisualiseerd als bollen die elastisch met elkaar botsen en zich op dezelfde manier gedragen, ongeacht hun massa of eigenschappen.

Als dit het geval is, zal een mol van een ideaal gas bij een gegeven druk en temperatuur hetzelfde volume V innemenm. Er wordt dan gezegd dat onder normale omstandigheden van P en T, respectievelijk 1 atm en 0 ºC, één mol van een ideaal gas een volume van 22,4 liter zal innemen. Deze waarde is nuttig en bij benadering, zelfs bij het evalueren van echte gassen.

Artikel index

  • 1 Concept en formule
    • 1.1 Voor gassen
    • 1.2 Voor vloeistoffen en vaste stoffen
  • 2 Hoe het molaire volume te berekenen?
  • 3 Voorbeelden van het berekenen van het molaire volume
    • 3.1 Voorbeeld 1
    • 3.2 Oefening 2
    • 3.3 Oefening 3
  • 4 referenties

Concept en formule

Voor gassen

De directe formule om het molaire volume van een soort te berekenen is:

V.m = V / n

Waar V het volume is dat het inneemt, en n het aantal soorten in moedervlekken. Het probleem is dat Vm hangt af van de druk en temperatuur die de moleculen ervaren, en een wiskundige uitdrukking die met deze variabelen rekening houdt, is gewenst.

Het ethyleen in de afbeelding, HtweeC = CHtwee, het heeft een bijbehorend moleculair volume beperkt door een groene ellipsoïde. Deze HtweeC = CHtwee Het kan op meerdere manieren draaien, wat is alsof de genoemde ellipsoïde in de ruimte is verplaatst om te visualiseren hoeveel volume het zou innemen (uiteraard te verwaarlozen).

Als we het volume van zo'n groene ellipsoïde echter vermenigvuldigen met NNAAR, Avogadro's nummer, dan hebben we één mol ethyleenmoleculen; een mol ellipsoïden die met elkaar in wisselwerking staan. Bij hogere temperaturen zullen de moleculen van elkaar scheiden; terwijl ze bij hogere druk samentrekken en hun volume verminderen.

Daarom Vm is afhankelijk van P en T. Ethyleen heeft een vlakke geometrie, dus men kan niet denken dat zijn Vm is precies en precies hetzelfde als dat van methaan, CH4, van tetraëdrische geometrie en kan worden weergegeven met een bol en niet met een ellipsoïde.

Voor vloeistoffen en vaste stoffen

De moleculen of atomen van vloeistoffen en vaste stoffen hebben ook hun eigen Vm, die ruwweg gerelateerd kan worden aan de dichtheid:

V.m = m / (dn)

De temperatuur beïnvloedt het molaire volume voor vloeistoffen en vaste stoffen meer dan de druk, zolang deze niet sterk varieert of exorbitant is (in de orde van GPa). Evenzo, zoals vermeld bij ethyleen, hebben de geometrieën en moleculaire structuren een grote invloed op de waarden van Vm.

Onder normale omstandigheden wordt echter opgemerkt dat de dichtheden voor verschillende vloeistoffen of vaste stoffen niet te veel variëren in hun grootte; hetzelfde geldt voor de molaire volumes. Merk op dat hoe dichter ze zijn, hoe kleiner V zal zijnm.

Wat betreft vaste stoffen, hangt hun molaire volume ook af van hun kristallijne structuren (het volume van hun eenheidscel)..

Hoe het molaire volume te berekenen?

In tegenstelling tot vloeistoffen en vaste stoffen, is er voor ideale gassen een vergelijking waarmee we V kunnen berekenenm als functie van P en T en hun veranderingen; dit is dat van ideale gassen:

P = nRT / V

Wat meegaand is om V / n uit te drukken:

V / n = RT / P

V.m = RT / P

Als we de gasconstante R = 0,082 L atm K gebruiken-1Mol-1, dan moeten de temperaturen worden uitgedrukt in Kelvin (K), en de drukken in atmosferen. Merk op dat we hier kunnen zien waarom Vm is een intensieve eigenschap: T en P hebben niets te maken met de massa van het gas maar met zijn volume.

Deze berekeningen zijn alleen geldig onder omstandigheden waarin gassen zich bijna ideaal gedragen. De door experimenten verkregen waarden hebben echter een kleine foutmarge in verhouding tot het theoretische.

Voorbeelden van het berekenen van het molaire volume

voorbeeld 1

Er is een gas Y met een dichtheid van 8,5 · 10-4 g / cm3. Als we 16 gram hebben, equivalent aan 0,92 mol Y, bereken dan het molaire volume.

Uit de dichtheidsformule kunnen we berekenen welk volume van Y deze 16 gram innemen:

V = 16 g / (8,5 10-4 g / cm3

= 18.823,52 cm3 of 18,82 L

Dus Vm Het wordt rechtstreeks berekend door dit volume te delen door het aantal gegeven mollen:

V.m = 18,82 L / 0,92 mol

= 20,45 L / mol of L mol-1 of dm3Mol-1

Oefening 2

In het vorige voorbeeld van Y werd op geen enkel moment gespecificeerd wat de temperatuur was die de deeltjes van genoemd gas ondervonden. Ervan uitgaande dat Y bij atmosferische druk is bewerkt, bereken dan de temperatuur die nodig is om het samen te drukken tot het bepaalde molaire volume.

De verklaring van de oefening is langer dan de resolutie. We gebruiken de vergelijking:

V.m = RT / P

Maar we lossen T op, en wetende dat de atmosferische druk 1 atm is, lossen we op:

T = VmP / R

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

= 249,39 K.

Dat wil zeggen, één mol Y zal 20,45 liter innemen bij een temperatuur dichtbij -23,76 ºC.

Oefening 3

Bepaal na de vorige resultaten Vm bij 0 ºC, 25 ºC en bij het absolute nulpunt bij atmosferische druk.

Als we de temperaturen transformeren naar kelvin, hebben we eerst 273,17 K, 298,15 K en 0 K. We lossen dit direct op door de eerste en tweede temperatuur te vervangen door:

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)

In het begin werd de waarde van 22,4 liter genoemd. Merk op hoe Vm stijgt met de temperatuur. Als we dezelfde berekening willen doen met het absolute nulpunt, stuiten we op de derde wet van de thermodynamica:

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

= 0 L / mol (-273,15 ºC)

Gas Y kan geen niet-bestaand molair volume hebben; dat betekent dat het is omgezet in een vloeistof en dat de vorige vergelijking niet langer geldig is.

Aan de andere kant, de onmogelijkheid om V te berekenenm bij het absolute nulpunt voldoet het aan de derde wet van de thermodynamica, die zegt dat het onmogelijk is om een ​​substantie af te koelen tot de temperatuur van het absolute nulpunt.

Referenties

  1. Ira N. Levine. (2014). Principes van fysicochemie. Zesde editie. Mc Graw Hill.
  2. Glasstone. (1970). Fysische scheikunde verhandeling. Tweede druk. Aguilar.
  3. Wikipedia. (2019). Molair volume. Hersteld van: en.wikipedia.org
  4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (08 augustus 2019). Molaire volumedefinitie in de chemie. Hersteld van: thoughtco.com
  5. BYJU'S. (2019). Formule voor molair volume. Hersteld van: byjus.com
  6. González Monica. (28 oktober 2010). Molair volume. Hersteld van: quimica.laguia2000.com

Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.