Molarni volumen u normalnim uvjetima. Količina tvari, mol, molarna masa i molarni volumen

Jedna od osnovnih jedinica u Međunarodnom sustavu jedinica (SI) je Jedinica količine tvari je mol.

Madež – ovo je količina tvari koja sadrži onoliko strukturnih jedinica dane tvari (molekula, atoma, iona itd.) koliko ugljikovih atoma sadrži 0,012 kg (12 g) izotopa ugljika 12 S .

S obzirom da je vrijednost apsolutne atomske mase za ugljik jednaka m(C) = 1,99 10  26 kg, može se izračunati broj ugljikovih atoma N A, sadržano u 0,012 kg ugljika.

Mol bilo koje tvari sadrži isti broj čestica te tvari (strukturnih jedinica). Broj strukturnih jedinica sadržanih u tvari s količinom od jednog mola je 6,02 10 23 i zove se Avogadrov broj (N A ).

Na primjer, jedan mol bakra sadrži 6,02 10 23 atoma bakra (Cu), a jedan mol vodika (H 2) sadrži 6,02 10 23 molekula vodika.

Molekulska masa(M) je masa tvari uzeta u količini od 1 mola.

Molekulska masa označava se slovom M i ima dimenziju [g/mol]. U fizici se koristi jedinica [kg/kmol].

U općem slučaju, brojčana vrijednost molarne mase tvari numerički se podudara s vrijednošću njezine relativne molekulske (relativne atomske) mase.

Na primjer, relativna molekularna težina vode je:

Mr(N 2 O) = 2Ar (N) + Ar (O) = 2∙1 + 16 = 18 a.m.u.

Molarna masa vode ima istu vrijednost, ali se izražava u g/mol:

M (H 2 O) = 18 g/mol.

Dakle, mol vode koji sadrži 6,02 10 23 molekula vode (odnosno 2 6,02 10 23 atoma vodika i 6,02 10 23 atoma kisika) ima masu od 18 grama. Voda, s količinom tvari od 1 mola, sadrži 2 mola atoma vodika i jedan mol atoma kisika.

1.3.4. Odnos između mase tvari i njezine količine

Poznavajući masu tvari i njezinu kemijsku formulu, a time i vrijednost njezine molarne mase, možete odrediti količinu tvari i, obrnuto, znajući količinu tvari, možete odrediti njezinu masu. Za takve izračune trebate koristiti formule:

gdje je ν količina tvari, [mol]; m– masa tvari, [g] ili [kg]; M – molarna masa tvari, [g/mol] ili [kg/kmol].

Na primjer, da bismo pronašli masu natrijevog sulfata (Na 2 SO 4) u količini od 5 mola, nalazimo:

1) vrijednost relativne molekulske mase Na 2 SO 4, koja je zbroj zaokruženih vrijednosti relativnih atomskih masa:

Mr(Na 2 SO 4) = 2Ar(Na) + Ar(S) + 4Ar(O) = 142,

2) brojčano jednaka vrijednost molarne mase tvari:

M(Na 2 SO 4) = 142 g/mol,

3) i na kraju masa 5 mol natrijevog sulfata:

m = ν M = 5 mol · 142 g/mol = 710 g.

Odgovor: 710.

1.3.5. Odnos između volumena tvari i njezine količine

U normalnim uvjetima (n.s.), tj. na pritisak R , jednako 101325 Pa (760 mm Hg), i temperatura T, jednak 273,15 K (0 S), jedan mol različitih plinova i para zauzima isti volumen jednak 22,4 l.

Volumen koji zauzima 1 mol plina ili pare na razini tla naziva se molarni volumenplin i ima dimenziju litra po molu.

V mol = 22,4 l/mol.

Poznavajući količinu plinovite tvari (ν ) I molarna vrijednost volumena (V mol) možete izračunati njegov volumen (V) u normalnim uvjetima:

V = ν V mol,

gdje je ν količina tvari [mol]; V – volumen plinovite tvari [l]; V mol = 22,4 l/mol.

I, obrnuto, poznavanje volumena ( V) plinovite tvari u normalnim uvjetima, može se izračunati njezina količina (ν). :

Plinovi su najjednostavniji objekt za proučavanje, stoga su njihova svojstva i reakcije između plinovitih tvari najpotpunije proučena. Da bismo lakše razumjeli pravila odlučivanja računski zadaci,na temelju jednadžbi kemijske reakcije, uputno je te zakonitosti razmotriti na samom početku sustavnog proučavanja opće kemije

Francuski znanstvenik J.L. Gay-Lussac je postavio zakon volumetrijski odnosi:

Na primjer, 1 litra klora povezuje sa 1 litra hidrogena , proizvodeći 2 litre klorovodika ; 2 l sumporovog oksida (IV) Poveži s 1 litra kisika, pri čemu nastaje 1 litra sumporovog oksida (VI).

Ovaj je zakon dopustio talijanskom znanstveniku pretpostaviti da molekule jednostavni plinovi (vodik, kisik, dušik, klor itd. ) Sastoji se od dva identična atoma . Kada se vodik spoji s klorom, njihove se molekule raspadaju na atome, a potonji stvaraju molekule klorovodika. Ali budući da se dvije molekule klorovodika formiraju iz jedne molekule vodika i jedne molekule klora, volumen potonjeg mora biti jednak zbroju volumena izvornih plinova.
Dakle, volumetrijski odnosi se lako objašnjavaju ako pođemo od ideje o dvoatomnoj prirodi molekula jednostavnih plinova ( H2, Cl2, O2, N2 itd. ) - Ovo pak služi kao dokaz dvoatomske prirode molekula ovih tvari.
Proučavanje svojstava plinova omogućilo je A. Avogadru da iznese hipotezu, koja je kasnije potvrđena eksperimentalnim podacima, pa je stoga postala poznata kao Avogadrov zakon:

Avogadrov zakon implicira važan posljedica: na istim uvjetima 1 mol bilo kojeg plina zauzima isti volumen.

Taj se volumen može izračunati ako je poznata masa 1 l plin. U normalnim uvjetima uvjetima, (n.s.) tj. temperaturi 273K (O°S) i pritisak 101,325 Pa (760 mmHg) , masa 1 litre vodika je 0,09 g, njegova molarna masa je 1,008 2 = 2,016 g/mol. Tada je volumen koji zauzima 1 mol vodika u normalnim uvjetima jednak 22,4 l

Pod istim uvjetima masa 1l kisik 1,492g ; kutnjak 32 g/mol . Tada je volumen kisika na (n.s.) također jednak 22,4 mol.

Stoga:

Molarni volumen plina je omjer volumena tvari i količine te tvari:

Gdje V m - molarni volumen plina (dimenzl/mol ); V je volumen tvari sustava;n - količina tvari u sustavu. Primjer unosa:V m plin (Dobro.)=22,4 l/mol.

Na temelju Avogadrova zakona određuju se molarne mase plinovitih tvari. Što je veća masa molekula plina, veća je i masa istog volumena plina. Jednaki volumeni plinova pod istim uvjetima sadrže isti broj molekula, a time i molova plinova. Omjer masa jednakih volumena plinova jednak je omjeru njihovih molarnih masa:

Gdje m 1 - masa određenog volumena prvog plina; m 2 — masa istog volumena drugog plina; M 1 I M 2 - molarne mase prvog i drugog plina.

Obično se gustoća plina određuje u odnosu na najlakši plin - vodik (označen D H2 ). Molarna masa vodika je 2g/mol . Stoga dobivamo.

Molekulska masa tvari u plinovitom stanju jednaka je dvostrukoj gustoći vodika.

Često se gustoća plina određuje u odnosu na zrak (D B ) . Iako je zrak mješavina plinova, ipak se govori o njegovoj prosječnoj molarnoj masi. Jednako je 29 g/mol. U ovom slučaju, molarna masa određena je izrazom M = 29D B .

Definicija molekularne težine pokazao je da se molekule jednostavnih plinova sastoje od dva atoma (H2, F2, Cl2, O2 N2) , a molekule inertnih plinova građene su od jednog atoma (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn). Za plemenite plinove, "molekula" i "atom" su ekvivalentni.

Boyle-Mariotteov zakon: pri konstantnoj temperaturi volumen određene količine plina obrnuto je proporcionalan tlaku pod kojim se nalazi.Odavde pV = konst ,
Gdje R - pritisak, V - volumen plina.

Gay-Lussacov zakon: pri konstantnom tlaku, a promjena volumena plina izravno je proporcionalna temperaturi, tj.
V/T = konst,
Gdje T - temperatura na skali DO (kelvin)

Kombinirani plinski zakon Boyle-Mariotte i Gay-Lussac:
pV/T = konst.
Ova se formula obično koristi za izračunavanje volumena plina pod danim uvjetima ako je poznat njegov volumen pod drugim uvjetima. Ako se napravi prijelaz iz normalnih uvjeta (ili u normalne uvjete), tada se ova formula piše na sljedeći način:
pV/T = p 0 V 0 /T 0 ,
Gdje R 0 ,V 0 ,T 0 -tlak, volumen plina i temperatura u normalnim uvjetima ( R 0 = 101 325 Pa , T 0 = 273 K V 0 =22,4 l/mol) .

Ako su masa i količina plina poznati, ali je potrebno izračunati njegov volumen ili obrnuto, upotrijebite Mendeleev-Clayperonova jednadžba:

Gdje n - količina plinovite tvari, mol; m — masa, g; M - molarna masa plina, g/jol ; R — univerzalna plinska konstanta. R = 8,31 J/(mol*K)

Volumen 1 mola tvari naziva se Molarna masa 1 mola vode = 18 g/mol 18 g vode zauzima volumen od 18 ml. To znači da je molarni volumen vode 18 ml. 18 g vode zauzima volumen jednak 18 ml, jer gustoća vode je 1 g/ml ZAKLJUČAK: Molarni volumen ovisi o gustoći tvari (za tekućine i krutine).

1 mol bilo kojeg plina u normalnim uvjetima zauzima isti volumen jednak 22,4 litre. Normalni uvjeti i njihove oznake br. (0°C i 760 mmHg; 1 atm; 101,3 kPa). Volumen plina s 1 molom tvari naziva se molarni volumen i označava se s – V m

Rješavanje zadataka 1. zadatka Zadano je: V(NH 3) n.s. = 33,6 m 3 Nađi: m - ? Rješenje: 1. Izračunajte molarnu masu amonijaka: M(NH 3) = = 17 kg/kmol

ZAKLJUČCI 1. Volumen 1 mola tvari naziva se molarni volumen V m 2. Za tekuće i čvrste tvari molarni volumen ovisi o njihovoj gustoći 3. V m = 22,4 l/mol 4. Normalni uvjeti (n.s.): a tlak 760 mmHg, odnosno 101,3 kPa 5. Molarni volumen plinovitih tvari izražava se u l/mol, ml/mmol,

Molarni volumen plina jednak je omjeru volumena plina i količine tvari tog plina, tj.

V m = V(X) / n(X),

gdje je V m molarni volumen plina - konstantna vrijednost za bilo koji plin pod danim uvjetima;

V(X) – volumen plina X;

n(X) – količina plinovite tvari X.

Molarni volumen plinova pri normalnim uvjetima (normalni tlak p n = 101,325 Pa ≈ 101,3 kPa i temperatura T n = 273,15 K ≈ 273 K) iznosi V m = 22,4 l/mol.

Zakoni idealnog plina

U proračunima koji uključuju plinove često je potrebno prijeći s ovih uvjeta na normalne ili obrnuto. U ovom slučaju prikladno je upotrijebiti formulu koja slijedi iz Boyle-Mariotteovog i Gay-Lussacovog kombiniranog plinskog zakona:

pV / T = p n V n / T n

Gdje je p tlak; V - volumen; T - temperatura na Kelvinovoj skali; indeks "n" označava normalne uvjete.

Volumni udio

Sastav plinskih smjesa često se izražava volumnim udjelom - omjerom volumena određene komponente prema ukupnom volumenu sustava, tj.

φ(X) = V(X) / V

gdje je φ(X) volumni udio komponente X;

V(X) - volumen komponente X;

V je volumen sustava.

Volumni udio je bezdimenzijska veličina; izražava se u dijelovima jedinice ili u postocima.

Primjer 1. Koliki će volumen zauzeti amonijak mase 51 g pri temperaturi 20°C i tlaku 250 kPa?

Primjer 2. Odredite volumen koji će plinska smjesa koja sadrži vodik, mase 1,4 g i dušik, mase 5,6 g, zauzeti pri normalnim uvjetima.

Zakon volumetrijskih odnosa

Kako riješiti problem pomoću “Zakona volumetrijskih odnosa”?

Zakon omjera volumena: Volumeni plinova uključenih u reakciju međusobno su povezani kao mali cijeli brojevi jednaki koeficijentima u jednadžbi reakcije.

Koeficijenti u jednadžbama reakcija pokazuju brojeve volumena reagirajućih i nastalih plinovitih tvari.

Primjer. Izračunajte volumen zraka potrebnog za izgaranje 112 litara acetilena.

1. Sastavljamo jednadžbu reakcije:

2. Na temelju zakona volumetrijskih odnosa izračunavamo volumen kisika:

112 / 2 = X / 5, odakle je X = 112 5 / 2 = 280l

3. Odredite volumen zraka:

V(zrak) = V(O 2) / φ(O 2)

V(zrak) = 280 / 0,2 = 1400 l.