MOLAIR VOLUME: CONCEPT EN FORMULE, BEREKENING EN VOORBEELDEN - CHEMIE - 2025

Het molaire volume is een intensieve eigenschap die aangeeft hoeveel ruimte één mol bepaalde stof of verbinding inneemt. Het wordt weergegeven door het symbool V _m , en wordt uitgedrukt in eenheden van dm ³ / mol voor gassen en cm ³ / mol voor vloeistoffen en vaste stoffen, vanwege het feit dat deze laatste meer beperkt zijn door hun grotere intermoleculaire krachten.

Deze eigenschap komt terug bij het bestuderen van thermodynamische systemen waarbij gassen betrokken zijn; omdat voor vloeistoffen en vaste stoffen het respectievelijk bepalen V _m ingewikkelder geworden en onnauwkeurig. Daarom wordt het molaire volume wat de basiscursussen betreft altijd geassocieerd met de ideale gastheorie.

Het volume van een ethyleenmolecuul wordt oppervlakkig beperkt door de groene ellipsoïde en het aantal van Avogadro vermenigvuldigd met deze hoeveelheid. Bron: Gabriel Bolívar.

Dit komt door het feit dat 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.

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

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 V _m afhangt van de druk en temperatuur die de moleculen ervaren, en we willen een wiskundige uitdrukking die met deze variabelen rekening houdt.

Het ethyleen in de afbeelding, H ₂ C = CH ₂ , heeft een bijbehorend moleculair volume dat wordt beperkt door een groene ellipsoïde. Deze H ₂ C = CH ₂ kan op meerdere manieren roteren, alsof de genoemde ellipsoïde in de ruimte wordt bewogen om te visualiseren hoeveel volume hij zou innemen (uiteraard te verwaarlozen).

Als het volume van zo'n groene ellipsoïde echter wordt vermenigvuldigd met N _A , het Avogadro-getal, dan hebben we 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 is V _m afhankelijk van P en T. Ethyleen heeft een vlakke geometrie, dus men kan niet denken dat de V _m precies en precies hetzelfde is als die van methaan, CH ₄ , met tetraëdrische geometrie en in staat is tot 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 V _m , die ruwweg kan worden gerelateerd aan hun dichtheid:

V _m = m / (dn)

De temperatuur beïnvloedt het molaire volume voor vloeistoffen en vaste stoffen meer dan de druk, zolang deze niet abrupt verandert of exorbitant is (in de orde van GPa). Evenzo, zoals vermeld met etheen, de geometrie en moleculaire structuren hebben een grote invloed op de V _m waarden .

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

Wat vaste stoffen betreft, 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 _m kunnen berekenen als een functie van P en T en hun veranderingen; dit is dat van ideale gassen:

P = nRT / V

Die wordt ondergebracht om V / n uit te drukken:

V / n = RT / P

V _m = RT / P

Als we de gasconstante R = 0,082 L · atm · K ^-1 · mol ^{-1 gebruiken} , dan moeten de temperaturen worden uitgedrukt in kelvin (K), en de drukken in atmosfeer. Merk op dat hier wordt opgemerkt waarom V _m een intensieve eigenschap is: 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 ten opzichte van de theoretische.

Voorbeelden van het berekenen van molair volume

voorbeeld 1

Er is een gas Y waarvan de dichtheid 8,5 · 10 ^-4 g / cm ³ . Als je 16 gram hebt, equivalent aan 0,92 mol Y, zoek 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 / cm ³ )

= 18.823,52 cm ³ of 18,82 L

Dus V _m wordt direct 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 dm ³ mol ^-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 werd 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 = V _m P / 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 volgens de vorige resultaten V _m bij 0 ° C, 25 ° C 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 V _m toeneemt 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; dit betekent dat het is omgevormd tot een vloeistof en dat de vorige vergelijking niet langer geldig is.

Aan de andere kant voldoet de onmogelijkheid om V _m bij het absolute nulpunt te berekenen, aan de derde wet van de thermodynamica, die zegt dat het onmogelijk is om enige 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). Verdrag van fysische chemie. 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