VOLUMUL MOLAR: CONCEPT ȘI FORMULĂ, CALCUL ȘI EXEMPLE - CHIMIE - 2025

Volumul molar este o proprietate intensivă care indică cât spațiu ocupă un mol de substanță sau compus determinat. Este reprezentat de simbolul V _m și este exprimat în unități de dm ³ / mol pentru gaze, și cm ³ / mol pentru lichide și solide, datorită faptului că acestea din urmă sunt mai limitate prin forțele lor intermoleculare mai mari.

Această proprietate este recurentă atunci când se studiază sisteme termodinamice care implică gaze; deoarece, pentru lichide și solide, ecuațiile pentru a determina V _m devin mai complicate și inexacte. Prin urmare, în ceea ce privește cursurile de bază, volumul molar este întotdeauna asociat cu teoria gazelor ideale.

Volumul unei molecule de etilenă este limitat superficial de elipsoidul verde și numărul de Avogadro de ori mai mare decât această cantitate. Sursa: Gabriel Bolívar.

Acest lucru se datorează faptului că aspectele structurale sunt irelevante pentru gazele ideale sau perfecte; toate particulele sale sunt vizualizate ca sfere care se ciocnesc elastic între ele și se comportă la fel, indiferent de masele sau proprietățile lor.

Acesta fiind cazul, o molă de orice gaz ideal va ocupa, la o presiune și temperatură dată, același volum V _m . Se spune apoi că, în condiții normale de P și T, 1 atm și, respectiv, 0 ºC, o molă dintr-un gaz ideal va ocupa un volum de 22,4 litri. Această valoare este utilă și aproximativă chiar și la evaluarea gazelor reale.

Concept și formulă

Pentru gaze

Formula imediată pentru a calcula volumul molar al unei specii este:

V _m = V / n

Unde V este volumul pe care îl ocupă, iar n este cantitatea speciilor în alunițe. Problema este că V _m depinde de presiunea și temperatura pe care le experimentează moleculele și dorim o expresie matematică care să țină cont de aceste variabile.

Etilena în imagine, H ₂ C = CH ₂ , are un volum molecular asociat limitat de un elipsoid verde. Acest H ₂ C = CH ₂ se poate roti în mai multe moduri, care este ca și cum a spus elipsoid au fost mutate în spațiu pentru a vizualiza cât de mult volum ar ocupa (evident neglijabile).

Cu toate acestea, dacă volumul unei astfel de elipsoide verzi este înmulțit cu N _A , numărul Avogadro, atunci vom mol de molecule de etilenă; o aluniță de elipsoide care interacționează între ele. La temperaturi mai ridicate, moleculele se vor separa unele de altele; în timp ce la presiune mai mare, acestea se vor contracta și le vor reduce volumul.

Prin urmare, V _m este dependentă de P și T. etilena are o geometrie plană, deci nu poate fi crezut că ei V _m este precis și exact la fel ca și cea a metanului, CH ₄ , a geometriei tetraedrice și capabile să să fie reprezentat cu o sferă și nu cu o elipsă.

Pentru lichide și solide

Moleculele sau atomii de lichide și solide , de asemenea , propria lor V _m , care poate fi aproximativ legate de densitatea lor:

V _m = m / (dn)

Temperatura afectează volumul molar pentru lichide și solide mai mult decât presiunea, atât timp cât acesta din urmă nu se schimbă brusc sau este exorbitant (în ordinea GPa). De asemenea, așa cum sa menționat cu etilenă, geometriile și structurile moleculare au o mare influență asupra V _m valori .

Cu toate acestea, în condiții normale, se observă că densitățile pentru diferite lichide sau solide nu variază prea mult în mărimile lor; la fel se întâmplă și cu volumele sale molare. Rețineți că, cu cât sunt mai densi, cu atât va fi mai mic V _m .

În ceea ce privește solidele, volumul lor molar depinde și de structurile lor cristaline (volumul celulei lor unitare).

Cum se calculează volumul molar?

Spre deosebire de lichide și solide, pentru gazele ideale există o ecuație care ne permite să calculăm V _m în funcție de P și T și modificările acestora; aceasta este cea a gazelor ideale:

P = nRT / V

Care este cazat pentru a exprima V / n:

V / n = RT / P

V _m = RT / P

Dacă folosim constanta de gaz R = 0,082 L · atm · K ^-1 · mol ^-1 , atunci temperaturile trebuie exprimate în kelvin (K), iar presiunile în atmosfere. Rețineți că aici se observă de ce V _m este o proprietate intensivă: T și P nu au nicio legătură cu masa gazului, ci cu volumul său.

Aceste calcule sunt valabile numai în condițiile în care gazele se comportă aproape de ideal. Totuși, valorile obținute prin experimentare au o mică marjă de eroare în raport cu cele teoretice.

Exemple de calcul al volumului molar

Exemplul 1

Există un Y de gaz a cărui densitate este de 8,5 · 10 ^-4 g / cm ³ . Dacă aveți 16 grame echivalent cu 0,92 moli de Y, găsiți volumul său molar.

Din formula densității putem calcula ce volum de Y ocupă aceste 16 grame:

V = 16 g / (8,5 · 10 ^-4 g / cm ³ )

= 18.823,52 cm ³ sau 18,82 L

Deci , V _m se calculează direct prin împărțirea acestui volum prin numărul de moli date:

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

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

Exercițiul 2

În exemplul precedent de Y, nu a fost specificat în niciun moment care a fost temperatura experimentată de particulele gazului respectiv. Presupunând că Y a fost lucrat la presiunea atmosferică, calculați temperatura necesară pentru a o comprima la volumul molar determinat.

Declarația exercițiului este mai lungă decât rezoluția sa. Folosim ecuația:

V _m = RT / P

Dar rezolvăm pentru T și știind că presiunea atmosferică este de 1 atm, rezolvăm:

T = V _m P / R

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

= 249,39 K

Adică, o molă de Y va ocupa 20,45 litri la o temperatură apropiată de -23,76 ºC.

Exercițiul 3

În urma rezultatelor anterioare, determinați V _m la 0 ° C, 25 ° C și la zero absolut la presiunea atmosferică.

Transformând temperaturile în kelvin, mai întâi avem 273,17 K, 298,15 K și 0 K. Rezolvăm direct substituind prima și a doua temperaturi:

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)

Valoarea de 22,4 litri a fost menționată la început. Observați cum V _m crește cu temperatura. Când vrem să facem același calcul cu zero absolut, ne împiedicăm de a treia lege a termodinamicii:

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

= 0 L / mol (-273,15 ºC)

Gazul Y nu poate avea un volum molar inexistent; asta înseamnă că a fost transformat într-un lichid și ecuația anterioară nu mai este valabilă.

Pe de altă parte, imposibilitatea de a calcula V _m la zero absolut se supune celei de-a treia legi a termodinamicii, care spune că este imposibil să răcești nicio substanță la temperatura de zero absolut.

Referințe

1. Ira N. Levine. (2014). Principiile fizico-chimiei. Ediția a șasea. Mc Graw Hill.
2. Glasstone. (1970). Tratat de chimie fizică. A doua editie. Aguilar.
3. Wikipedia. (2019). Volumul molar. Recuperat de la: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, doctorat. (08 august 2019). Definiția volumului molar în chimie. Recuperat de la: thinkco.com
5. Byju'S. (2019). Formula volumului molar. Recuperat din: byjus.com
6. González Monica. (28 octombrie 2010). Volumul molar. Recuperat din: quimica.laguia2000.com