Concetto e formula del volume molare, calcolo ed esempi

Lui Volume molare È una proprietà intensiva che indica la quantità di spazio una moli di determinazione o composto occupa. È rappresentato dal simbolo V_M, ed è espresso in unità DM³/Mol per gas e CM³/Mol per liquidi e solidi, perché questi ultimi sono più limitati dalle loro più grandi forze intermolecolari.

Questa proprietà è ricorrente quando si studia sistemi termodinamici che coinvolgono gas; Poiché, per liquidi e solidi le equazioni per determinare V_M Diventano più complicati e inaccurati. Pertanto, per quanto riguarda i corsi di base, il volume molare è sempre associato alla teoria dei gas ideali.

Il volume di una molecola di etilene è superficialmente limitato dall'ellissoide verde e il numero di Avogadro volte questo importo. Fonte: Gabriel Bolívar.

Questo perché per i gas ideali o perfetti gli aspetti strutturali sono irrilevanti; Tutte le sue particelle sono visualizzate come sfere che si scontrano elasticamente tra loro e si comportano allo stesso modo indipendentemente da quali siano le loro masse o proprietà.

Pertanto, una mole di qualsiasi gas ideale occuperà, a una certa pressione e temperatura, lo stesso volume V_M. Si dice che in condizioni normali di P e T, 1 atm e 0 ºC, rispettivamente, una mole di un gas ideale occuperà un volume di 22,4 litri. Questo valore è utile e approssimativo anche quando vengono valutati i gas reali.

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Concetto e formula

Per gas

La formula immediata per calcolare il volume molare di una specie è:

V_M = V/N

Dove v è il volume che occupa e N La quantità della specie nelle talpe. Il problema è che V_M Dipende dalla pressione e dalla temperatura sperimentata dalle molecole e si desidera che si desidera tenga conto di queste variabili.

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L'etilene dell'immagine, h₂C = ch₂, Ha un volume molecolare associato e limitato da un ellissoide verde. Questo h₂C = ch₂ Può ruotare in diversi modi, che è come se si muovesse nello spazio detto Ellissoide per visualizzare quanto volume avrebbe occupato (evidentemente spregevole).

Tuttavia, se il volume di tale ellissoide verde lo moltiplichiamo per n_A, Il numero di Avogadro avrà quindi una mole di molecole di etilene; Un mole di ellissoide che interagisce tra loro. A una temperatura più elevata, le molecole si separano l'una dall'altra; Mentre a maggiore pressione, contraggerà e ridurranno il loro volume.

Pertanto, v_M dipende da p e t. L'etilene è una geometria piatta, quindi non si può pensare che sia V_M Sii accurato ed esattamente uguale a quello del metano, Cho₄, di geometria tetraedrica e capace di essere rappresentato con una sfera e non un ellissoide.

Per liquidi e solidi

Le molecole o gli atomi di liquidi e solidi hanno anche il loro V_M, che può essere correlato alla tua densità:

V_M = m/(d · n)

La temperatura influisce sul volume molare più per liquidi e solidi rispetto alla pressione, a condizione che quest'ultimo non variasse bruscamente o esorbitante (nell'ordine del GPA). Allo stesso modo, come è stato menzionato con etilene, le geometrie e le strutture molecolari hanno una grande influenza sui valori di V_M.

Tuttavia, in condizioni normali si osserva che le densità per diversi liquidi o solidi non variano troppo nelle loro magnitudini; Lo stesso vale per i suoi volumi molari. Si noti che sono i più densi, il V inferiore_M.

Per quanto riguarda i solidi, il suo volume molare dipende anche dalle sue strutture cristalline (il volume della sua cella unitaria).

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Come calcolare il volume molare?

A differenza dei liquidi e dei solidi, per i gas ideali c'è un'equazione che ti consente di calcolare V_M a seconda di P e T e dei suoi cambiamenti; Questo è quello dei gas ideali:

P = nrt/v

Che è accomodante per esprimere V/N:

V/n = rt/p

V_M = RT/P

Se utilizziamo la costante di gas r = 0,082 L · atm · k^-1· Mol^-1, Quindi le temperature devono essere espresse in Kelvin (K) e le pressioni nelle atmosfere. Si noti che si osserva qui perché V_M È una proprietà intensiva: t e p non hanno nulla a che fare con la massa del gas ma con il suo volume.

Questi calcoli sono validi solo in condizioni in cui i gas si comportano da vicino all'idealizzazione. Tuttavia, i valori ottenuti attraverso la sperimentazione hanno un piccolo margine in relazione ai teorici.

Esempi di calcolo del volume molare

Esempio 1

Hai un gas e la cui densità è 8,5 · 10^-4 g/cm³. Se hai 16 grammi equivalenti a 0,92 moli di Y, calcola il volume molare.

Dalla formula di densità possiamo calcolare il volume e occupare tali 16 grammi:

V = 16 g/ (8,5 · 10^-4 g/cm³)

= 18.823,52 cm³ o 18,82 l

Quindi v_M Viene calcolato direttamente dividendo questo volume tra la quantità di moli forniti:

V_M = 18,82 L/0,92 mol

= 20,45 l/mol o l · mol^-1 o DM³· Mol^-1

Esercizio 2

Nell'esempio precedente di e non era stato specificato in qualsiasi momento quella che era la temperatura sperimentata dalle particelle di detto gas. Supponendo che abbia funzionato con e alla pressione atmosferica, calcolare la temperatura necessaria per comprimerla al volume molare determinato.

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La dichiarazione dell'esercizio è più lunga della sua risoluzione. Passiamo all'equazione:

V_M = RT/P

Ma chiariamo T e sapendo che la pressione atmosferica è 1 atm, risolviamo:

T = v_MP/r

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

= 249,39 k

Cioè, una talpa di e occuperà 20,45 litri a una temperatura vicino a -23,76 ºC.

Esercizio 3

Seguendo i risultati di cui sopra, determina V_M a 0 ºC, 25 ° C e a zero assoluto a pressione atmosferica.

Trasformare le temperature in Kelvin, abbiamo i primi 273,17 K, 298,15 K e 0 K. Risolviamo direttamente sostituendo la prima e la seconda temperatura:

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)

Il valore di 22,4 litri è stato menzionato all'inizio. Nota come v_M aumentare con la temperatura. Quando vuoi effettuare lo stesso calcolo con zero assoluto, inciampiamo sulla terza legge della termodinamica:

(0,082 L · ATM/ K · mol) (0 K)/ 1 ATM

= 0 l/mol (-273.15 ºC)

Il gas e non possono avere un volume molare non esistente; Ciò significa che è diventato un liquido e l'equazione precedente non è più valida.

D'altra parte, l'impossibilità di calcolare V_M In assoluto zero obbedisce alla terza legge della termodinamica, il che afferma che è impossibile raffreddare qualsiasi sostanza alla temperatura di Assolute Zero.

Riferimenti

1. Iran. Levine. (2014). Principi di fisica. Sesta edizione. Mc Graw Hill.
2. Glalasstone. (1970). Trattato di chimica fisica. Seconda edizione. Aguilar.
3. Wikipedia. (2019). Volume molare. Recuperato da: in.Wikipedia.org
4. Helmestine, Anne Marie, PH.D. (8 agosto 2019). Definizione del volume molare in chimica. Recuperato da: Thoughtco.com
5. Byju's. (2019). Formula del volume molare. Recuperato da: byjus.com
6. González Mónica. (28 ottobre 2010). Volume molare. Recuperato da: chimica.Laguia2000.com