كيفية العثور على حجم الجزيء. الحجم المولي للغاز

^ الكتلة المولية والحجم المولي للمادة. الكتلة المولية هي كتلة المول من المادة. يتم حسابه من خلال كتلة المادة وكميتها باستخدام الصيغة:

Мв = K· Мr (1)

حيث: K هو معامل التناسب الذي يساوي 1 جم/مول.

في الواقع، بالنسبة لنظائر الكربون 12 6 C Ar = 12، و الكتلة الموليةالذرات (حسب تعريف مفهوم "الخلد") هي 12 جم / مول. وبالتالي فإن القيم العددية للكتلتين تتطابق، مما يعني K = 1. ويترتب على ذلك الكتلة المولية لمادة ما، معبرًا عنها بالجرام لكل مول، لها نفس القيمة العددية مثل كتلتها الجزيئية النسبية(الذري) وزن.وبالتالي، فإن الكتلة المولية للهيدروجين الذري هي 1.008 جم / مول، والهيدروجين الجزيئي - 2.016 جم / مول، والأكسجين الجزيئي - 31.999 جم / مول.

وفقا لقانون أفوجادرو، فإن نفس العدد من جزيئات أي غاز يشغل نفس الحجم تحت نفس الظروف. من ناحية أخرى، 1 مول من أي مادة يحتوي (حسب التعريف) على نفس العدد من الجزيئات. ويترتب على ذلك أنه عند درجة حرارة وضغط معينين، يشغل 1 مول من أي مادة في الحالة الغازية نفس الحجم.

تسمى نسبة الحجم الذي تشغله المادة إلى كميتها بالحجم المولي للمادة. في الظروف العادية(101.325 كيلو باسكال؛ 273 كلفن) الحجم المولي لأي غاز هو 22,4لتر / مول(بتعبير أدق، Vn = 22.4 لتر/مول). هذا البيان صحيح بالنسبة لمثل هذا الغاز، عندما يمكن إهمال أنواع أخرى من تفاعل جزيئاته مع بعضها البعض، باستثناء تصادمها المرن. تسمى هذه الغازات بالمثالية. بالنسبة للغازات غير المثالية، والتي تسمى الغازات الحقيقية، تكون الأحجام المولية مختلفة وتختلف قليلاً عن القيمة الدقيقة. ومع ذلك، في معظم الحالات، ينعكس الفرق فقط في الأرقام الهامة الرابعة واللاحقة.

عادة ما يتم إجراء قياسات أحجام الغاز في ظل ظروف غير طبيعية. لإرجاع حجم الغاز إلى الظروف الطبيعية، يمكنك استخدام معادلة تجمع بين قوانين الغاز بويل-ماريوت وجاي-لوساك:

الكهروضوئية / T = ص 0 V 0 / T 0

حيث: V هو حجم الغاز عند الضغط p ودرجة الحرارة T؛

V 0 هو حجم الغاز عند الضغط الطبيعي p 0 (101.325 كيلو باسكال) ودرجة الحرارة T 0 (273.15 K).

يمكن أيضًا حساب الكتل المولية للغازات باستخدام معادلة حالة الغاز المثالي - معادلة كلابيرون - مندليف:

الكهروضوئية = م ب RT / م ب،

حيث: p - ضغط الغاز، Pa؛

V - حجمه، م3؛

M B - كتلة المادة ز؛

M B – الكتلة المولية، جم/مول؛

T – درجة الحرارة المطلقة، K؛

R هو ثابت الغاز العالمي الذي يساوي 8.314 J / (mol K).

إذا تم التعبير عن حجم وضغط الغاز بوحدات قياس أخرى، فإن قيمة ثابت الغاز في معادلة كلابيرون-مندليف ستأخذ قيمة مختلفة. ويمكن حسابها باستخدام الصيغة الناتجة عن القانون الموحد للحالة الغازية لمول واحد من المادة في الظروف العادية لمول واحد من الغاز:

ص = (ع 0 الخامس 0 / تي 0)

مثال 1. عبر عن ذلك بالمول: أ) 6.0210 21 جزيء CO 2؛ ب) 1.2010 24 ذرة أكسجين؛ ج) 2.0010 23 جزيء ماء. ما هي الكتلة المولية لهذه المواد؟

حل.المول هو كمية المادة التي تحتوي على عدد من الجزيئات من أي نوع معين يساوي ثابت أفوجادرو. وبالتالي، أ) 6.0210 21 أي. 0.01 مول؛ ب) 1.2010 24، أي. 2 مول؛ ج) 2.0010 23، أي. 1/3 مول. يتم التعبير عن كتلة المول من المادة بالكيلو جرام / مول أو جرام / مول. الكتلة المولية للمادة بالجرام تساوي عدديًا كتلتها الجزيئية (الذرية) النسبية، معبرًا عنها بوحدات الكتلة الذرية (amu)

وبما أن الكتل الجزيئية لثاني أكسيد الكربون وH2O والكتلة الذرية للأكسجين، على التوالي، هي 44؛ 18 و16 amu، فإن كتلتهما المولية متساوية: أ) 44 جم/مول؛ ب) 18 جم/مول؛ ج) 16 جم/مول.

مثال 2. احسب الكتلة المطلقة لجزيء حمض الكبريتيك بالجرام.

حل.يحتوي المول من أي مادة (انظر المثال 1) على ثابت أفوجادرو N A من الوحدات البنائية (في مثالنا، الجزيئات). الكتلة المولية لـ H2SO4 هي 98.0 جم/مول. وبالتالي فإن كتلة الجزيء الواحد هي 98/(6.02 10 23) = 1.63 10 -22 جم.

الحجم المولي- حجم مول واحد من المادة، القيمة التي يتم الحصول عليها بقسمة الكتلة المولية على الكثافة. يميز كثافة التعبئة للجزيئات.

معنى نأ = 6.022…×10 23سمي برقم أفوجادرو على اسم الكيميائي الإيطالي أميديو أفوجادرو. هذا هو الثابت العالمي لأصغر جزيئات أي مادة.

هذا العدد من الجزيئات هو الذي يحتوي على 1 مول من الأكسجين O2، ونفس عدد الذرات في 1 مول من الحديد (Fe)، والجزيئات في 1 مول من الماء H2O، وما إلى ذلك.

وفقا لقانون أفوجادرو، 1 مول من الغاز المثالي في الظروف العاديةلديه نفس الحجم جهاز افتراضي= 22.413 996(39) لتر. في الظروف العادية، تكون معظم الغازات قريبة من المثالية، وبالتالي جميعها معلومات مرجعيةحول الحجم المولي العناصر الكيميائيةيشير إلى مراحلها المكثفة ما لم ينص على خلاف ذلك

من أجل معرفة تركيب أي مواد غازية، يجب أن تكون قادرًا على التعامل مع مفاهيم مثل الحجم المولي والكتلة المولية وكثافة المادة. في هذه المقالة سوف نلقي نظرة على ما هو الحجم المولي وكيفية حسابه؟

كمية المادة

يتم إجراء الحسابات الكمية من أجل التنفيذ الفعلي لعملية معينة أو لمعرفة تكوين وبنية مادة معينة. هذه الحسابات غير ملائمة لإجراء القيم المطلقة لكتلة الذرات أو الجزيئات نظرًا لصغر حجمها. نسبي الكتل الذريةكما أنه من المستحيل استخدامها في معظم الحالات، لأنها لا تتعلق بمقاييس الكتلة أو حجم المادة المقبولة عمومًا. ولذلك تم تقديم مفهوم كمية المادة، والذي يرمز له بالحرف اليوناني v (nu) أو n. تتناسب كمية المادة مع عدد الوحدات الهيكلية (الجزيئات، الجسيمات الذرية) الموجودة في المادة.

وحدة كمية المادة هي المول.

المول عبارة عن كمية من المادة تحتوي على نفس عدد الوحدات الهيكلية الموجودة في الذرات الموجودة في 12 جم من نظير الكربون.

كتلة الذرة الواحدة هي 12 أ. em، وبالتالي فإن عدد الذرات في 12 جم من نظير الكربون يساوي:

Na= 12جم/12*1.66057*10 أس-24جم=6.0221*10 أس 23

الكمية الفيزيائية Na تسمى ثابت أفوجادرو. المول الواحد من أي مادة يحتوي على 6.02*10 أس 23 جسيما.

أرز. 1. قانون أفوجادرو.

الحجم المولي للغاز

الحجم المولي للغاز هو نسبة حجم المادة إلى كمية تلك المادة. يتم حساب هذه القيمة عن طريق قسمة الكتلة المولية للمادة على كثافتها باستخدام الصيغة التالية:

حيث Vm هو الحجم المولي، M هي الكتلة المولية، وp هي كثافة المادة.

أرز. 2. صيغة الحجم المولي.

في النظام الدولييتم قياس الحجم المولي للمواد الغازية في متر مكعبلكل مول (م 3 /مول)

يختلف الحجم المولي للمواد الغازية عن المواد في الحالة السائلة والصلبة حيث أن العنصر الغازي الذي يحتوي على كمية 1 مول يحتل دائمًا نفس الحجم (إذا تم استيفاء نفس المعلمات).

يعتمد حجم الغاز على درجة الحرارة والضغط، لذلك عند الحساب، يجب أن تأخذ حجم الغاز في الظروف العادية. تعتبر الظروف الطبيعية درجة حرارة 0 درجة وضغط 101.325 كيلو باسكال. الحجم المولي لـ 1 مول من الغاز في الظروف العادية يكون دائمًا هو نفسه ويساوي 22.41 ديسيمتر 3 / مول. ويسمى هذا الحجم بالحجم المولي للغاز المثالي. أي أن الحجم في 1 مول من أي غاز (الأكسجين والهيدروجين والهواء) يبلغ 22.41 دسم3 /م.

أرز. 3. الحجم المولي للغاز في الظروف العادية.

جدول "الحجم المولي للغازات"

والجدول التالي يوضح حجم بعض الغازات:

غاز	الحجم المولي، ل
ح 2	22,432
O2	22,391
Cl2	22,022
ثاني أكسيد الكربون	22,263
نه 3	22,065
SO 2	21,888
مثالي	22,41383

إحدى الوحدات الأساسية في النظام الدولي للوحدات (SI) هي وحدة كمية المادة هي المول.

خلد – هذه هي كمية المادة التي تحتوي على عدد من الوحدات الهيكلية لمادة معينة (جزيئات، ذرات، أيونات، إلخ) تعادل عدد ذرات الكربون الموجودة في 0.012 كجم (12 جم) من نظير الكربون 12 مع .

باعتبار أن قيمة الكتلة الذرية المطلقة للكربون تساوي م(ج) = 1.99 10 − 26 كجم، يمكن حساب عدد ذرات الكربون ن أالموجودة في 0.012 كجم من الكربون.

يحتوي المول من أي مادة على نفس عدد جزيئات هذه المادة (الوحدات الهيكلية). عدد الوحدات البنائية الموجودة في المادة التي تحتوي على مول واحد هو 6.0210 23 ويسمى رقم أفوجادرو (ن أ ).

على سبيل المثال، يحتوي المول الواحد من النحاس على 6.021023 ذرة نحاس (Cu)، ويحتوي المول الواحد من الهيدروجين (H2) على 6.021023 جزيء هيدروجين.

الكتلة المولية(م) هي كتلة المادة المأخوذة بمقدار 1 مول.

يتم تحديد الكتلة المولية بالحرف M ولها البعد [g/mol]. في الفيزياء يستخدمون الوحدة [كجم/كمول].

في الحالة العامة، تتطابق القيمة العددية للكتلة المولية للمادة عدديًا مع قيمة كتلتها الجزيئية (الذرية النسبية).

على سبيل المثال، الوزن الجزيئي النسبي للماء هو:

Мr(Н 2 О) = 2Аr (Н) + Аr (O) = 2∙1 + 16 = 18 صباحًا.

الكتلة المولية للماء لها نفس القيمة، ولكن يتم التعبير عنها بـ g/mol:

م (ح2س) = 18 جم / مول.

وبالتالي، فإن مولًا من الماء يحتوي على 6.021023 جزيء ماء (على التوالي 26.021023 ذرة هيدروجين و6.021023 ذرة أكسجين) كتلته 18 جرامًا. يحتوي الماء، الذي تبلغ كمية المادة فيه 1 مول، على 2 مول من ذرات الهيدروجين ومول واحد من ذرات الأكسجين.

1.3.4. العلاقة بين كتلة المادة وكميتها

بمعرفة كتلة المادة وصيغتها الكيميائية، وبالتالي قيمة كتلتها المولية، يمكنك تحديد كمية المادة، وعلى العكس من ذلك، بمعرفة كمية المادة، يمكنك تحديد كتلتها. لمثل هذه الحسابات يجب عليك استخدام الصيغ:

حيث ν هي كمية المادة، [مول]؛ م- كتلة المادة، [g] أو [kg]؛ M - الكتلة المولية للمادة، [جم/مول] أو [كجم/كمول].

على سبيل المثال، لإيجاد كتلة كبريتات الصوديوم (Na 2 SO 4) بكمية 5 مول نجد:

1) قيمة الكتلة الجزيئية النسبية لـ Na 2 SO 4 وهي مجموع القيم المقربة للكتل الذرية النسبية:

Мr(Na 2 SO 4) = 2Аr(Na) + Аr(S) + 4Аr(O) = 142,

2) قيمة متساوية عددياً للكتلة المولية للمادة:

م (نا2SO4) = 142 جم / مول،

3) وأخيرًا كتلة 5 مول من كبريتات الصوديوم:

م = ν م = 5 مول · 142 جم/مول = 710 جم.

الجواب: 710.

1.3.5. العلاقة بين حجم المادة وكميتها

في ظل الظروف العادية (ن.س.)، أي. عند الضغط ر ، يساوي 101325 باسكال (760 ملم زئبق)، ودرجة الحرارة تي، تساوي 273.15 كلفن (0 درجة مئوية)، ويشغل المول الواحد من الغازات والأبخرة المختلفة نفس الحجم الذي يساوي 22.4 لتر.

يسمى الحجم الذي يشغله 1 مول من الغاز أو البخار عند مستوى سطح الأرض الحجم الموليالغاز وله البعد لتر لكل مول.

فولت مول = 22.4 لتر/مول.

معرفة الكمية مادة غازية (ν ) و قيمة الحجم المولي (V mol) يمكنك حساب حجمه (V) في ظل الظروف العادية:

V = ν V مول،

حيث ν هي كمية المادة [مول]؛ V – حجم المادة الغازية [ل]; V مول = 22.4 لتر/مول.

وعلى العكس من ذلك، معرفة الحجم ( الخامس) من مادة غازية في الظروف العادية، يمكن حساب كميتها (ν). :

الحجم المولي للغاز يساوي نسبة حجم الغاز إلى كمية مادة هذا الغاز، أي.

الخامس م = الخامس(X) / ن(X)،

حيث V m هو الحجم المولي للغاز - ثابتلأي غاز في ظل ظروف معينة؛

V(X) – حجم الغاز X;

ن(X) - كمية المادة الغازية X.

الحجم المولي للغازات في الظروف العادية (الضغط الطبيعي p n = 101,325 Pa ≈ 101.3 kPa ودرجة الحرارة T n = 273.15 K ≈ 273 K) هو V m = 22.4 لتر/مول.

قوانين الغاز المثالي

في الحسابات المتعلقة بالغازات، غالبًا ما يكون من الضروري التبديل من هذه الظروف إلى الظروف العادية أو العكس. في هذه الحالة، من المناسب استخدام الصيغة التالية من قانون الغاز المدمج لبويل-ماريوت وجاي-لوساك:

الكهروضوئية / T = ص ن V ن / T ن

حيث p هو الضغط؛ الخامس - الحجم؛ T - درجة الحرارة على مقياس كلفن؛ يشير المؤشر "n" إلى الظروف الطبيعية.