Mint tudod, a minket körülvevő tárgyakat alkotó molekulák és atomok nagyon kicsik. A kémiai reakciók során végzett számításokhoz, valamint a folyadékokban és gázokban nem kölcsönható komponensek keverékének viselkedésének elemzéséhez a mólfrakciók fogalmát használják. Hogy mik ezek, és hogyan használhatók fel egy keverék makroszkopikus fizikai mennyiségének meghatározására, arról ebben a cikkben lesz szó.
Avogadro száma
A XX. század elején a francia tudós, Jean Perrin gázkeverékekkel végzett kísérletek során megmérte a H2 molekulák számát ennek a gáznak 1 grammjában. Ez a szám hatalmas számnak bizonyult (60221023). Mivel rendkívül kényelmetlen ilyen számokkal számításokat végezni, Perrin javasolta ennek az értéknek a nevét - Avogadro számát. Ezt a nevet a 19. század eleji olasz tudós, Amedeo Avogadro tiszteletére választották, aki Perrinhez hasonlóan gázkeverékeket tanulmányozott, és még meg is tudott fogalmazni.számukra az a törvény, amely jelenleg az ő vezetéknevét viseli.
Avogadro számát jelenleg széles körben használják különféle anyagok tanulmányozásában. Összekapcsolja a makroszkopikus és mikroszkopikus jellemzőket.
Az anyag mennyisége és moláris tömege
A 60-as években a Nemzetközi Súly- és Mértékegységi Kamara bevezette a hetedik alapmértékegységet a fizikai mértékegységek rendszerébe (SI). Molylepke lett. A mól a kérdéses rendszert alkotó elemek számát mutatja. Egy mól egyenlő Avogadro számával.
A moláris tömeg egy adott anyag egy móljának tömege. Ezt gramm/molban mérik. A móltömeg egy additív mennyiség, vagyis egy adott kémiai vegyületre vonatkozó meghatározásához össze kell adni a vegyületet alkotó kémiai elemek moláris tömegét. Például a metán moláris tömege (CH4):
MCH4=MC + 4MH=12 + 41=16 g/mol.
Azaz 1 mol metánmolekula tömege 16 gramm lesz.
Móltört fogalma
A tiszta anyagok ritkák a természetben. Például a különféle szennyeződések (sók) mindig feloldódnak a vízben; Bolygónk levegője gázok keveréke. Más szóval, bármely folyékony és gáz halmazállapotú anyag különféle elemek keveréke. A móltört egy olyan érték, amely megmutatja, hogy a mólegyenértékben hány részt foglal el az egyik vagy másik komponenskeverékek. Ha a teljes keverék anyagának mennyiségét n-nel, az i komponens anyagának mennyiségét pedig ni-vel jelöljük, akkor a következő egyenlet írható fel:
xi=ni / n.
Itt xi az i komponens mólaránya ehhez a keverékhez. Mint látható, ez a mennyiség dimenzió nélküli. A keverék összes összetevőjére a móltörteik összegét a következő képlet fejezi ki:
∑i(xi)=1.
A képlet beszerzése nem nehéz. Ehhez egyszerűen cserélje be az előző kifejezést az xi.
kifejezésre.
Atomic kamat
A kémia feladatok megoldásakor a kezdeti értékeket gyakran atomszázalékban adják meg. Például oxigén és hidrogén keverékében az utóbbi 60 atomos. Ez azt jelenti, hogy a keverék 10 molekulájából 6 hidrogénnek felel meg. Mivel a móltört az alkotóelemek számának aránya az atomok teljes számához viszonyítva, az atomszázalékok a kérdéses fogalom szinonimája.
A részesedések atomszázalékra való konvertálása egyszerűen két nagyságrenddel történő növeléssel történik. Például a levegőben lévő oxigén 0,21 mol része 21 atomnak felel meg.
Ideális gáz
A móltörtek fogalmát gyakran használják gázkeverékekkel kapcsolatos problémák megoldására. A legtöbb gáz normál körülmények között (300 K hőmérséklet és 1 atm nyomás) ideális. Ez azt jelenti, hogy a gázt alkotó atomok és molekulák nagy távolságra vannak egymástól, és nem lépnek kölcsönhatásba egymással.
Ideális gázokra a következő állapotegyenlet érvényes:
PV=nRT.
Itt P, V és T három makroszkopikus termodinamikai jellemzőt jelent: nyomás, térfogat és hőmérséklet. Az R=8, 314 J / (Kmol) érték minden gázra állandó, n a részecskék száma molban, azaz az anyag mennyisége.
Az állapotegyenlet megmutatja, hogy a három makroszkopikus gázjellemző (P, V vagy T) egyike hogyan változik, ha a másodikat rögzítjük, a harmadikat pedig megváltoztatjuk. Például állandó hőmérsékleten a nyomás fordítottan arányos a gáz térfogatával (Boyle-Mariotte törvény).
Az írott képletben az a legfigyelemreméltóbb, hogy nem veszi figyelembe a gáz molekuláinak és atomjainak kémiai természetét, vagyis mind a tiszta gázokra, mind azok keverékeire érvényes.
D alton törvénye és részleges nyomás
Hogyan lehet kiszámítani a keverékben lévő gáz móltörtét? Ehhez elegendő ismerni a részecskék teljes számát és azok számát a vizsgált komponensre vonatkozóan. De tehetsz másként is.
Egy keverékben lévő gáz móltörte a parciális nyomás ismeretében megtudható. Utóbbi alatt azt a nyomást értjük, amelyet a gázelegy adott komponense létrehozna, ha lehetséges lenne az összes többi komponens eltávolítása. Ha az i-edik komponens parciális nyomását Pi-nak, a teljes keverék nyomását pedig P-nek jelöljük, akkor ennek a komponensnek a móltört képlete a következőt kapja:
xi=Pi / P.
Mert az összegaz összes xi egyenlő eggyel, akkor felírhatjuk a következő kifejezést:
∑i(Pi / P)=1, tehát ∑i (Pi)=P.
Az utolsó egyenlőséget D alton-törvénynek nevezik, amelyet a 19. század elejének brit tudósáról, John D altonról neveztek el.
A parciális nyomás törvénye vagy a D alton-törvény egyenes következménye az ideális gázok állapotegyenletének. Ha egy gáz atomjai vagy molekulái kölcsönhatásba lépnek egymással (ez magas hőmérsékleten és nagy nyomáson történik), akkor a D alton-törvény igazságtalan. Ez utóbbi esetben a komponensek móltörteinek kiszámításához a képletet az anyag mennyiségére, és nem a parciális nyomásra kell használni.
A levegő mint gázkeverék
Miután megvizsgáltuk azt a kérdést, hogy hogyan lehet megtalálni egy komponens móltörtjét egy keverékben, megoldjuk a következő feladatot: számítsuk ki az xi és P értékeket. i minden levegőben lévő komponenshez.
Ha a száraz levegőt vesszük figyelembe, akkor ez a következő 4 gázkomponensből áll:
- nitrogén (78,09%);
- oxigén (20,95%);
- argon (0,93%);
- szén-dioxid gáz (0,04%).
Ezekből az adatokból az egyes gázok móltörtjeit nagyon könnyű kiszámítani. Ehhez elegendő a százalékokat relatív módon bemutatni, ahogyan azt a cikkben fentebb említettük. Ekkor a következőt kapjuk:
xN2=0, 7809;
xO2=0, 2095;
xAr=0, 0093;
xCO2=0, 0004.
Részleges nyomásEzeket a levegőkomponenseket úgy számítjuk ki, hogy a légköri nyomás tengerszinten 101 325 Pa vagy 1 atm. Ekkor a következőt kapjuk:
PN2=xN2 P=0,7809 atm.;
PO2=xO2 P=0, 2095 atm.;
PAr=xAr P=0,0093 atm.;
PCO2=xCO2 P=0,0004 atm.
Ez az adat azt jelenti, hogy ha az összes oxigént és egyéb gázokat eltávolítja a légkörből, és csak nitrogént hagy meg, a nyomás 22%-kal csökken.
Az oxigén parciális nyomásának ismerete létfontosságú szerepet játszik a víz alatt merülő emberek számára. Tehát, ha ez kevesebb, mint 0,16 atm, akkor a személy azonnal elveszíti az eszméletét. Éppen ellenkezőleg, az oxigén parciális nyomása meghaladja az 1,6 atm jelet. mérgezéshez vezet ezzel a gázzal, amit görcsök kísérnek. Így az oxigén biztonságos parciális nyomásának az emberi élet számára 0,16-1,6 atm között kell lennie.
