Molvolumenvolumen Konzept und Formel, Berechnung und Beispiele

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Abraham McLaughlin

Das Molvolumen Es ist eine intensive Eigenschaft, die angibt, wie viel Platz ein Mol einer bestimmten Substanz oder Verbindung einnimmt. Es wird durch das Symbol V dargestelltm, y wird in Einheiten von dm ausgedrückt3/ mol für Gase und cm3/ mol für Flüssigkeiten und Feststoffe, da letztere durch ihre höheren intermolekularen Kräfte stärker eingeschränkt sind.

Diese Eigenschaft tritt immer wieder auf, wenn thermodynamische Systeme untersucht werden, an denen Gase beteiligt sind. da für Flüssigkeiten und Feststoffe die Gleichungen zur Bestimmung von V.m Sie werden komplizierter und ungenauer. In Bezug auf Grundkurse ist das Molvolumen daher immer mit der idealen Gastheorie verbunden..

Das Volumen eines Ethylenmoleküls wird oberflächlich durch das grüne Ellipsoid und das Avogadro-fache dieser Menge begrenzt. Quelle: Gabriel Bolívar.

Dies liegt an der Tatsache, dass strukturelle Aspekte für ideale oder perfekte Gase irrelevant sind; Alle seine Partikel werden als Kugeln dargestellt, die elastisch miteinander kollidieren und sich unabhängig von ihrer Masse oder ihren Eigenschaften gleich verhalten.

In diesem Fall nimmt ein Mol eines beliebigen idealen Gases bei einem gegebenen Druck und einer gegebenen Temperatur das gleiche Volumen V einm. Es wird dann gesagt, dass unter normalen Bedingungen von P und T, 1 atm bzw. 0 ºC, ein Mol eines idealen Gases ein Volumen von 22,4 Litern einnimmt. Dieser Wert ist nützlich und ungefähr, auch wenn echte Gase bewertet werden.

Artikelverzeichnis

  • 1 Konzept und Formel
    • 1.1 Für Gase
    • 1.2 Für Flüssigkeiten und Feststoffe
  • 2 Berechnung des Molvolumens?
  • 3 Beispiele zur Berechnung des Molvolumens
    • 3.1 Beispiel 1
    • 3.2 Übung 2
    • 3.3 Übung 3
  • 4 Referenzen

Konzept und Formel

Für Gase

Die unmittelbare Formel zur Berechnung des Molvolumens einer Art lautet:

V.m = V / n

Wobei V das Volumen ist, das es einnimmt, und n die Menge der Art in Maulwürfen. Das Problem ist, dass V.m hängt von dem Druck und der Temperatur ab, denen die Moleküle ausgesetzt sind, und ein mathematischer Ausdruck, der diese Variablen berücksichtigt, ist erwünscht.

Das Ethylen im Bild, H.zweiC = CHzwei, es hat ein assoziiertes Molekülvolumen, das durch ein grünes Ellipsoid begrenzt ist. Dieser H.zweiC = CHzwei Es kann sich auf mehrere Arten drehen, als ob das Ellipsoid im Raum bewegt würde, um zu visualisieren, wie viel Volumen es einnehmen würde (offensichtlich vernachlässigbar)..

Wenn jedoch das Volumen eines solchen grünen Ellipsoids mit N multipliziert wirdZU, Avogadros Zahl, wir werden dann ein Mol Ethylenmoleküle haben; ein Mol Ellipsoide interagieren miteinander. Bei höheren Temperaturen trennen sich die Moleküle voneinander; Bei höherem Druck ziehen sie sich zusammen und reduzieren ihr Volumen.

Daher ist V.m ist abhängig von P und T. Ethylen hat eine ebene Geometrie, daher kann nicht angenommen werden, dass sein V.m ist genau und genau das gleiche wie das von Methan, CH4, von tetraedrischer Geometrie und in der Lage, mit einer Kugel und nicht mit einem Ellipsoid dargestellt zu werden.

Für Flüssigkeiten und Feststoffe

Die Moleküle oder Atome von Flüssigkeiten und Festkörpern haben auch ein eigenes V.m, was grob mit seiner Dichte zusammenhängen kann:

V.m = m / (dn)

Die Temperatur beeinflusst das Molvolumen für Flüssigkeiten und Feststoffe stärker als der Druck, solange dieser nicht stark variiert oder exorbitant ist (in der Größenordnung von GPa). Ebenso haben, wie bei Ethylen erwähnt, die Geometrien und Molekülstrukturen einen großen Einfluss auf die Werte von V.m.

Unter normalen Bedingungen wird jedoch beobachtet, dass die Dichten für verschiedene Flüssigkeiten oder Feststoffe in ihren Größen nicht zu stark variieren; das gleiche gilt für seine Molvolumina. Beachten Sie, dass V umso kleiner ist, je dichter sie sindm.

In Bezug auf Feststoffe hängt ihr Molvolumen auch von ihren Kristallstrukturen ab (dem Volumen ihrer Elementarzelle)..

Wie berechnet man das Molvolumen??

Im Gegensatz zu Flüssigkeiten und Feststoffen gibt es für ideale Gase eine Gleichung, mit der wir V berechnen könnenm als Funktion von P und T und ihren Veränderungen; das ist das der idealen Gase:

P = nRT / V.

Welches ist entgegenkommend, um V / n auszudrücken:

V / n = RT / P.

V.m = RT / P.

Wenn wir die Gaskonstante R = 0,082 L atm K verwenden-1Maulwurf-1, dann sollten die Temperaturen in Kelvin (K) und die Drücke in Atmosphären ausgedrückt werden. Beachten Sie, dass wir hier sehen können, warum V.m ist eine intensive Eigenschaft: T und P haben nichts mit der Masse des Gases zu tun, sondern mit seinem Volumen.

Diese Berechnungen gelten nur unter Bedingungen, unter denen sich Gase nahezu ideal verhalten. Die durch Experimente erhaltenen Werte weisen jedoch eine kleine Fehlerquote in Bezug auf die Theorie auf.

Beispiele zur Berechnung des Molvolumens

Beispiel 1

Es gibt ein Gas Y mit einer Dichte von 8,5 · 10-4 g / cm3. Wenn wir 16 Gramm haben, was 0,92 Mol Y entspricht, berechnen Sie das Molvolumen.

Aus der Dichteformel können wir berechnen, welches Y-Volumen diese 16 Gramm einnehmen:

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

= 18,823,52 cm3 oder 18,82 l

Also V.m Sie wird direkt berechnet, indem dieses Volumen durch die angegebene Molzahl dividiert wird:

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

= 20,45 l / mol oder l mol-1 oder dm3Maulwurf-1

Übung 2

Im vorherigen Beispiel von Y wurde zu keinem Zeitpunkt angegeben, welche Temperatur die Partikel des Gases erlebten. Unter der Annahme, dass Y bei atmosphärischem Druck gearbeitet wurde, berechnen Sie die Temperatur, die erforderlich ist, um es auf das bestimmte Molvolumen zu komprimieren.

Die Aussage der Übung ist länger als ihre Auflösung. Wir verwenden die Gleichung:

V.m = RT / P.

Aber wir lösen nach T und da wir wissen, dass der atmosphärische Druck 1 atm beträgt, lösen wir:

T = V.mP / R.

= (20,45 l / mol) (1 atm) / (0,082 l atm / k mol)

= 249,39 K.

Das heißt, ein Mol Y nimmt 20,45 Liter bei einer Temperatur nahe -23,76 ºC ein.

Übung 3

Bestimmen Sie nach den vorherigen Ergebnissen V.m bei 0 ºC, 25 ºC und bei absolutem Nullpunkt bei atmosphärischem Druck.

Wenn wir die Temperaturen in Kelvin umwandeln, haben wir zuerst 273,17 K, 298,15 K und 0 K. Wir lösen direkt, indem wir die erste und die zweite Temperatur ersetzen:

V.m = RT / P.

= (0,082 l atm / K mol) (273,15 K) / 1 atm

= 22,40 l / mol (0 ° C)

= (0,082 l atm / K mol) (298,15 K) / 1 atm

= 24,45 l / mol (25ºC)

Der Wert von 22,4 Litern wurde zu Beginn erwähnt. Beachten Sie, wie V.m steigt mit der Temperatur. Wenn wir dieselbe Berechnung mit dem absoluten Nullpunkt durchführen wollen, stoßen wir auf den dritten Hauptsatz der Thermodynamik:

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

= 0 l / mol (-273,15 ºC)

Gas Y kann kein nicht vorhandenes Molvolumen haben; das bedeutet, dass es in eine Flüssigkeit umgewandelt wurde und die vorherige Gleichung nicht mehr gültig ist.

Andererseits ist die Unmöglichkeit der Berechnung von V.m beim absoluten Nullpunkt folgt es dem dritten Hauptsatz der Thermodynamik, der besagt, dass es unmöglich ist, eine Substanz auf die Temperatur des absoluten Nullpunkts abzukühlen.

Verweise

  1. Ira N. Levine. (2014). Prinzipien der Physikochemie. Sechste Ausgabe. Mc Graw Hill.
  2. Glasstone. (1970). Abhandlung über physikalische Chemie. Zweite Ausgabe. Aguilar.
  3. Wikipedia. (2019). Molvolumen. Wiederhergestellt von: en.wikipedia.org
  4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (08. August 2019). Molvolumendefinition in der Chemie. Wiederhergestellt von :oughtco.com
  5. BYJU'S. (2019). Molvolumenformel. Wiederhergestellt von: byjus.com
  6. González Monica. (28. Oktober 2010). Molvolumen. Wiederhergestellt von: quimica.laguia2000.com

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