MOLVOLUMEN: KONZEPT UND FORMEL, BERECHNUNG UND BEISPIELE - CHEMIE - 2025

Das Molvolumen ist eine intensive Eigenschaft, die angibt, wie viel Platz ein Mol einer bestimmten Substanz oder Verbindung einnimmt. Es wird durch das Symbol V _{m dargestellt} und in Einheiten von dm ³ / mol für Gase und cm ³ / mol für Flüssigkeiten und Feststoffe ausgedrückt , da letztere durch ihre größeren 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 komplizierter und ungenauer werden. 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 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 _{m ein} . 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.

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 Spezies in Mol ist. Das Problem ist, dass V _m von dem Druck und der Temperatur abhängt, denen die Moleküle ausgesetzt sind, und wir wollen einen mathematischen Ausdruck, der diese Variablen berücksichtigt.

Das Ethylen im Bild, H ₂ C = CH ₂ , hat ein assoziiertes Molekülvolumen, das durch ein grünes Ellipsoid begrenzt ist. Dieses H ₂ C = CH ₂ kann sich auf mehrere Arten drehen, so 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 _A , der Avogadro-Zahl, multipliziert wird , dann mol wir Ethylenmoleküle; 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 von P und T abhängig. Ethylen hat eine ebene Geometrie, so dass nicht angenommen werden kann, dass sein V _m genau und genau das gleiche ist wie das von Methan, CH ₄ , mit tetraedrischer Geometrie und fähig zu mit einer Kugel und nicht mit einem Ellipsoid dargestellt werden.

Für Flüssigkeiten und Feststoffe

Die Moleküle oder Atome von Flüssigkeiten und Festkörpern haben auch ihre eigenen V _m , die grob mit ihrer Dichte in Beziehung gesetzt werden können:

V _m = m / (dn)

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

Unter normalen Bedingungen wird jedoch beobachtet, dass die Dichten für verschiedene Flüssigkeiten oder Feststoffe in ihren Größen nicht zu stark variieren; das gleiche tritt bei seinen Molvolumina auf. Es ist zu beachten, dass V _m umso kleiner ist, je dichter sie sind .

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

Wie berechnet man das Molvolumen?

Im Gegensatz zu Flüssigkeiten und Festkörpern gibt es für ideale Gase eine Gleichung, mit der wir V _m als Funktion von P und T und ihren Änderungen berechnen können. das ist das der idealen Gase:

P = nRT / V.

Welches wird untergebracht, um V / n auszudrücken:

V / n = RT / P.

V _m = RT / P.

Wenn wir die Gaskonstante R = 0,082 L · atm · K ^-1 · mol ^{-1 verwenden} , sollten die Temperaturen in Kelvin (K) und die Drücke in Atmosphären ausgedrückt werden. Es ist zu beachten, dass hier beobachtet wird, warum V _m eine intensive Eigenschaft ist: 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 im Verhältnis zu den theoretischen auf.

Beispiele zur Berechnung des Molvolumens

Beispiel 1

Es ist ein Gas , Y , deren Dichte 8,5 · 10 ^-4 g / cm ³ . Wenn Sie 16 Gramm haben, was 0,92 Mol Y entspricht, finden Sie das Molvolumen.

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

V = 16 g / (8,5 · 10 ^-4 g / cm ³ )

= 18.823,52 cm ³ oder 18,82 l

V _m wird also direkt berechnet, indem dieses Volumen durch die Anzahl der angegebenen Mol dividiert wird:

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

= 20,45 l / mol oder l mol ^-1 oder dm ³ mol ^-1

Übung 2

Im vorherigen Beispiel von Y wurde zu keinem Zeitpunkt angegeben, wie hoch die Temperatur der Partikel dieses Gases war. 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 _m P / 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 ° C, 25 ° C und bei atmosphärischem Druck bei absolutem Nullpunkt.

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 mit der Temperatur zunimmt. 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; Dies bedeutet, dass es in eine Flüssigkeit umgewandelt wurde und die vorherige Gleichung nicht mehr gültig ist.

Andererseits folgt die Unmöglichkeit, V _m bei absolutem Nullpunkt zu berechnen, dem dritten Hauptsatz der Thermodynamik, der besagt, dass es unmöglich ist, eine Substanz auf die Temperatur von absolutem Nullpunkt abzukühlen.

Verweise

1. Ira N. Levine. (2014). Prinzipien der Physikochemie. Sechste Ausgabe. Mc Graw Hill.
2. Glasstone. (1970). Vertrag der physikalischen 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