MOLVOLYM: KONCEPT OCH FORMEL, BERÄKNING OCH EXEMPEL - KEMI - 2026

Den molära volymen är en intensiv egenskap som indikerar hur mycket utrymme upptar en mol bestämd substans eller förening. Det representeras av symbolen V _m , och uttrycks i enheter av dm ³ / mol för gaser, och cm ³ / mol för vätskor och fasta ämnen, på grund av det faktum att de senare är mer begränsad av deras större intermolekylära krafter.

Den här egenskapen är återkommande när man studerar termodynamiska system som involverar gaser; eftersom, för vätskor och fasta ämnen, till ekvationerna bestämma V _m blivit mer komplicerade och felaktiga. Därför, när det gäller grundläggande kurser, är den molära volymen alltid associerad med den ideala gasteorin.

Volymen av en etenmolekyl är ytligt begränsad av den gröna ellipsoiden och Avogadros antal gånger denna mängd. Källa: Gabriel Bolívar.

Detta beror på det faktum att strukturella aspekter är irrelevanta för idealiska eller perfekta gaser. alla dess partiklar visualiseras som sfärer som elastiskt kolliderar med varandra och uppträder på samma sätt oavsett deras massor eller egenskaper.

Då detta är fallet, kommer en mol av varje ideal gas uppta, vid ett givet tryck och temperatur, samma volym V _m . Det sägs då att under normala förhållanden med P respektive T, 1 atm respektive 0 ºC kommer en mol av en ideal gas att uppta en volym på 22,4 liter. Detta värde är användbart och ungefärligt även vid utvärdering av verkliga gaser.

Koncept och formel

För gaser

Den omedelbara formeln för att beräkna den molära volymen för en art är:

V _m = V / n

Där V är den volym som den upptar, och n är mängden av arten i mol. Problemet är att V _m beror på trycket och temperaturen att molekylerna upplevelse, och vi vill ha en matematiskt uttryck som tar hänsyn till dessa variabler.

Eten i bilden, H ₂ C = CH ₂ , har en associerad molekylvolym begränsas av en grön ellipsoid. Denna H ₂ C = CH ₂ kan rotera på flera olika sätt, vilket är som om nämnda ellipsoid flyttades i rymden för att visualisera hur mycket volym det skulle ockupera (uppenbarligen försumbar).

Emellertid, om volymen av sådan grön ellipsoid multipliceras med N _A , Avogadros numret och antalet mol vi etenenmolekyler; en mol ellipsoider som interagerar med varandra. Vid högre temperaturer kommer molekylerna att skilja sig från varandra; medan de vid högre tryck kommer de att minska och minska sin volym.

Därför, V _m är beroende av P och T. Eten har en plan geometri, så att den inte kan ses att dess V _m är just och exakt samma som den för metan, CH ₄ , av tetraedrisk geometri och med förmåga att vara representerade med en sfär och inte en ellipsoid.

För vätskor och fasta ämnen

De molekyler eller atomer av vätskor och fasta ämnen har också sin egen V _m , vilket kan grovt relaterade till deras densitet:

V _m = m / (dn)

Temperaturen påverkar molvolymen mer för vätskor och fasta partiklar än tryck, så länge den senare inte varierar plötsligt eller är exorbitant (i ordning av GPa). Likaledes, såsom nämnts med eten, de geometrier och molekylära strukturer har ett stort inflytande på de V _m värdena .

Under normala förhållanden observeras emellertid att densiteterna för olika vätskor eller fasta ämnen inte varierar för mycket i sin storlek. samma inträffar med dess molära volymer. Observera att tätare de är, desto mindre V _m blir .

Beträffande fasta ämnen beror deras molära volym också på deras kristallina strukturer (volymen för deras enhetscell).

Hur man beräknar molvolym?

Till skillnad från vätskor och fasta ämnen, för ideala gaser finns det en ekvation som tillåter oss att beräkna V _m som en funktion av P och T och deras förändringar; detta är det med ideala gaser:

P = nRT / V

Som anpassas för att uttrycka V / n:

V / n = RT / P

V _m = RT / P

Om vi ​​använder gaskonstanten R = 0,082 L · atm · K ^-1 · mol ^-1 , bör temperaturen uttryckas i kelvin (K) och trycket i atmosfären. Notera att vi här kan se varför V _m är en intensiv egenskap: T och P har ingenting att göra med massan av gasen, men med dess volym.

Dessa beräkningar är endast giltiga under förhållanden där gaser uppträder nära idealiteten. Men värdena erhållna genom experiment har en liten felmarginal i förhållande till de teoretiska.

Exempel på beräkning av molvolym

Exempel 1

Det är en gas Y vars densitet är 8,5 · 10 ^-4 g / cm ³ . Om du har 16 gram motsvarande 0,92 mol Y, hitta dess molvolym.

Från densitetsformeln kan vi beräkna vilken volym Y dessa 16 gram upptar:

V = 16 g / (8,5 · 10 ^-4 g / cm ³ )

= 18,823,52 cm ³ eller 18,82 L

Så V _m beräknas direkt genom att dividera denna volym med antalet moler givna:

V _m = 18,82 L / 0,92 mol

= 20,45 L / mol eller L mol ^-1 eller dm ³ mol ^-1

Övning 2

I det föregående exemplet på Y anges det inte vid vilken tidpunkt temperaturen upplevde av partiklarna i den gasen. Antagande att Y arbetades vid atmosfärstryck, beräkna den temperatur som krävs för att komprimera den till den bestämda molvolymen.

Uttalandet om övningen är längre än dess upplösning. Vi använder ekvationen:

V _m = RT / P

Men vi löser för T, och att veta att atmosfärstrycket är 1 atm, löser vi:

T = V _m P / R

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

= 249,39 K

Det vill säga en mol Y kommer att uppta 20,45 liter vid en temperatur nära -23,76 ºC.

Övning 3

Efter de tidigare resultaten, fastställa V _m vid 0 ° C, 25 ° C och vid absoluta nollpunkten vid atmosfärstryck.

Omvandlar temperaturen till kelvin har vi först 273,17 K, 298,15 K och 0 K. Vi löser direkt genom att ersätta den första och andra temperaturen:

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 (25 ° C)

Värdet på 22,4 liter nämndes i början. Märker hur V _m ökar med temperaturen. När vi vill göra samma beräkning med absolut noll, snubblar vi över termodynamikens tredje lag:

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

= 0 L / mol (-273,15 ºC)

Gas Y kan inte ha en icke-existerande molvolym; detta betyder att den har omvandlats till en vätska och den tidigare ekvationen är inte längre giltig.

Å andra sidan, det är omöjligt att beräkna V _m vid absoluta noll lyder den tredje termodynamikens, som säger att det är omöjligt att kyla någon substans till temperaturen hos den absoluta nollpunkten.

referenser

1. Ira N. Levine. (2014). Principer för fysikkemi. Sjätte upplagan. Mc Graw Hill.
2. Glasstone. (1970). Fördrag om fysisk kemi. Andra upplagan. Aguilar.
3. Wikipedia. (2019). Molvolym. Återställd från: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (8 augusti 2019). Molar Volym Definition i kemi. Återställd från: thoughtco.com
5. BYJU talet. (2019). Molar Volymformel. Återställd från: byjus.com
6. González Monica. (28 oktober 2010). Molvolym. Återställd från: quimica.laguia2000.com