Merska enota za molsko prostornino. Krtek

P1V1=P2V2 ali, kar je isto, PV=const (Boyle-Mariottov zakon). pri stalen pritisk Razmerje med prostornino in temperaturo ostaja konstantno: V/T=const (Gay-Lussacov zakon). Če popravimo glasnost, potem je P/T=const (Charlesov zakon). Kombinacija teh treh zakonov daje univerzalni zakon, ki pravi, da je PV/T=const. Ta enačba je bila ustanovljena francoski fizik B. Clapeyron leta 1834.

Vrednost konstante določa le količina snovi plin. DI. Mendelejev je leta 1874 izpeljal enačbo za en mol. Torej je vrednost univerzalne konstante: R=8,314 J/(mol∙K). Torej PV=RT. V primeru poljubne količine plinνPV=νRT. Količina same snovi se lahko izračuna od mase do molske mase: ν=m/M.

Molska masa je številčno enaka relativni molekulski masi. Slednji je praviloma naveden v celici elementa. Molekulska masa je enaka vsoti molekulskih mas njegovih sestavnih elementov. V primeru atomov z različnimi valencami je potreben indeks. Vklopljeno pri mer, M(N2O)=14∙2+16=28+16=44 g/mol.

Normalni pogoji za pline pri Običajno se domneva, da je P0 = 1 atm = 101,325 kPa, temperatura T0 = 273,15 K = 0 °C. Zdaj lahko najdete prostornino enega mola plin pri normalno pogojev: Vm=RT/P0=8,314∙273,15/101,325=22,413 l/mol. to tabelarična vrednost je molski volumen.

V normalnih pogojih pogojev količina glede na prostornino plin k molskemu volumnu: ν=V/Vm. Za poljubno pogojev neposredno morate uporabiti Mendeleev-Clapeyronovo enačbo: ν=PV/RT.

Tako najti glasnost plin pri normalno pogojev, potrebujete količino snovi (število molov) tega plin pomnožimo z molsko prostornino, ki je enaka 22,4 l/mol. Obratno delovanje lahko poiščete količino snovi iz dane prostornine.

Za iskanje prostornine enega mola snovi v trdnem oz tekoče stanje, poiščite njegovo molsko maso in jo delite z gostoto. En mol katerega koli plina ima pri normalnih pogojih prostornino 22,4 litra. Če se pogoji spremenijo, izračunajte prostornino enega mola z enačbo Clapeyron-Mendeleev.

Potrebovali boste

• Periodni sistem Mendelejeva, tabela gostote snovi, manometer in termometer.

Navodila

Določanje prostornine enega mola ali trdne snovi
Določite kemijska formula trdno ali tekoče, ki se preučuje. Nato z uporabo periodni sistem Poiščite Mendelejeva atomske mase elementov, ki so vključeni v formulo. Če je eden vključen v formulo več kot enkrat, pomnožite njegovo atomsko maso s tem številom. Seštejte atomske mase in dobite molekulsko maso, iz katere je sestavljen trdna ali tekočina. Številčno bo enaka molski masi, izmerjeni v gramih na mol.

S pomočjo tabele gostot snovi poiščite to vrednost za material telesa ali tekočine, ki jo proučujete. Nato molsko maso delite z gostoto snovi, merjeno v g/cm³ V=M/ρ. Rezultat je prostornina enega mola v cm³. Če snov ostane neznana, bo nemogoče določiti prostornino enega mola le-te.

Imena kislin nastanejo iz ruskega imena osrednjega atoma kisline z dodatkom pripon in končnic. Če oksidacijsko stanje osrednjega atoma kisline ustreza številki skupine periodičnega sistema, se ime oblikuje z najpreprostejšim pridevnikom iz imena elementa: H 2 SO 4 - žveplova kislina, HMnO 4 – permanganska kislina. Če imajo kislinotvorni elementi dva oksidacijska stanja, potem je vmesno oksidacijsko stanje označeno s pripono –ist-: H 2 SO 3 – žveplova kislina, HNO 2 – dušikova kislina. Za imena halogenskih kislin, ki imajo veliko oksidacijskih stanj, se uporabljajo različne pripone: tipični primeri– HClO 4 – klor n kislina, HClO 3 – klor novat kislina, HClO 2 – klor ist kislina, HClO – klor novatist ična kislina (kislina brez kisika HCl se imenuje klorovodikova kislina - običajno klorovodikova kislina). Kisline se lahko razlikujejo glede na število molekul vode, ki hidrirajo oksid. Kisline, ki vsebujejo največje število vodikove atome imenujemo orto kisline: H 4 SiO 4 je ortosilicijeva kislina, H 3 PO 4 je ortofosforna kislina. Kisline, ki vsebujejo 1 ali 2 atoma vodika, imenujemo metakisline: H 2 SiO 3 - metasilicijeva kislina, HPO 3 - metafosforna kislina. Imenujemo kisline, ki vsebujejo dva osrednja atoma di kisline: H 2 S 2 O 7 – dižveplova kislina, H 4 P 2 O 7 – difosforna kislina.

Imena kompleksnih spojin so oblikovana na enak način kot imena soli, vendar je kompleksni kation ali anion dobil sistematično ime, to je, da se bere od desne proti levi: K 3 - kalijev heksafluoroferat (III), SO 4 - tetraamin bakrov (II) sulfat.

Imena oksidov se tvorijo z besedo "oksid" in rodilnikom ruskega imena osrednjega atoma oksida, ki po potrebi označuje oksidacijsko stanje elementa: Al 2 O 3 - aluminijev oksid, Fe 2 O 3 - železo (III) oksid.

Imena baz nastanejo z besedo "hidroksid" in rodilnik Rusko ime osrednjega hidroksidnega atoma, ki po potrebi označuje oksidacijsko stanje elementa: Al(OH) 3 – aluminijev hidroksid, Fe(OH) 3 – železov (III) hidroksid.

Imena spojin z vodikom nastanejo glede na kislinsko-bazične lastnosti teh spojin. Za plinaste kislotvorne spojine z vodikom se uporabljajo naslednja imena: H 2 S – sulfan (vodikov sulfid), H 2 Se – selan (vodikov selenid), HI – vodikov jodid; njihove raztopine v vodi imenujemo vodikov sulfid, hidroselenska oziroma jodovodikova kislina. Za nekatere spojine z vodikom se uporabljajo posebna imena: NH 3 - amoniak, N 2 H 4 - hidrazin, PH 3 - fosfin. Spojine z vodikom, ki imajo oksidacijsko stopnjo –1, se imenujejo hidridi: NaH je natrijev hidrid, CaH 2 je kalcijev hidrid.

Imena soli nastanejo iz latinsko ime centralni atom kislega ostanka z dodatkom predpon in pripon. Imena binarnih (dvoelementnih) soli so oblikovana s pripono - eid: NaCl – natrijev klorid, Na 2 S – natrijev sulfid. Če ima centralni atom kislega ostanka, ki vsebuje kisik, dve pozitivni oksidacijski stopnji, potem najvišja stopnja oksidacijo označuje pripona – pri: Na 2 SO 4 – sulf pri natrij, KNO 3 – nitr pri kalij, najnižje oksidacijsko stanje pa je pripona - to: Na 2 SO 3 – sulf to natrij, KNO 2 – nitr to kalij Za poimenovanje halogenskih soli, ki vsebujejo kisik, se uporabljajo predpone in pripone: KClO 4 – vozni pas klor pri kalij, Mg(ClO 3) 2 – klor pri magnezij, KClO 2 – klor to kalij, KClO – hipo klor to kalij

Kovalentna nasičenostspovezavanjej– se kaže v tem, da v spojinah s- in p-elementov ni neparnih elektronov, to je, da vsi neparni elektroni atomov tvorijo vez elektronskih parov(izjeme so NO, NO 2, ClO 2 in ClO 3).

Lone electronic pairs (LEP) so elektroni, ki zasedajo atomske orbitale v parih. Prisotnost NEP določa sposobnost anionov ali molekul, da tvorijo donorske akceptorske vezi kot donorje elektronskih parov.

Neparni elektroni so elektroni atoma, ki se nahajajo v orbitali. Pri s- in p-elementih število neparnih elektronov določa, koliko veznih elektronskih parov lahko določen atom tvori z drugimi atomi prek mehanizma izmenjave. Metoda valentne vezi predpostavlja, da se lahko število neparnih elektronov poveča z osamljenimi elektronskimi pari, če so znotraj nivoja valenčnih elektronov prazne orbitale. V večini spojin s- in p-elementov ni neparnih elektronov, saj vsi neparni elektroni atomov tvorijo vezi. Vendar pa obstajajo molekule z nesparjenimi elektroni, na primer NO, NO 2, imajo povečano reaktivnost in težijo k tvorbi dimerjev, kot je N 2 O 4 zaradi nesparjenih elektronov.

Normalna koncentracija – to je število molov enakovredni v 1 litru raztopine.

Normalni pogoji - temperatura 273K (0 o C), tlak 101,3 kPa (1 atm).

Izmenjevalni in donorsko-akceptorski mehanizmi nastajanja kemičnih vezi. izobraževanje kovalentne vezi med atomi se lahko zgodi na dva načina. Če pride do nastanka veznega elektronskega para zaradi nesparjenih elektronov obeh vezanih atomov, potem se ta metoda tvorbe veznega elektronskega para imenuje mehanizem izmenjave - atomi izmenjujejo elektrone, vezni elektroni pa pripadajo obema vezanima atomoma. Če vezni elektronski par nastane zaradi osamljenega elektronskega para enega atoma in prazne orbitale drugega atoma, potem je taka tvorba veznega elektronskega para donorno-akceptorski mehanizem (glej. metoda valentne vezi).

Reverzibilne ionske reakcije – to so reakcije, pri katerih nastajajo produkti, ki so sposobni tvoriti začetne snovi (če imamo v mislih zapisano enačbo, potem o reverzibilnih reakcijah lahko rečemo, da lahko potekajo v eno ali drugo smer s tvorbo šibki elektroliti ali slabo topne spojine). Za reverzibilne ionske reakcije je pogosto značilna nepopolna pretvorba; saj med reverzibilno ionsko reakcijo nastanejo molekule ali ioni, ki povzročijo premik proti začetnim produktom reakcije, to pomeni, da navidezno "upočasnijo" reakcijo. Reverzibilne ionske reakcije opisujemo z znakom ⇄, ireverzibilne pa z znakom →. Primer reverzibilne ionske reakcije je reakcija H 2 S + Fe 2+ ⇄ FeS + 2H +, primer ireverzibilne pa je S 2- + Fe 2+ → FeS.

Oksidanti – snovi, v katerih se med redoks reakcijami zmanjša oksidacijska stanja nekaterih elementov.

Redoks dvojnost – sposobnost snovi, da delujejo v redoks reakcije kot oksidant ali reducent, odvisno od partnerja (npr. H 2 O 2, NaNO 2).

Redoks reakcije(OVR) – To so kemijske reakcije, med katerimi se spreminjajo oksidacijska stanja elementov reagirajočih snovi.

Oksidacijsko-redukcijski potencial – vrednost, ki označuje redoks sposobnost (moč) tako oksidanta kot reducenta, ki tvorita ustrezno polovično reakcijo. Tako redoks potencial para Cl 2 /Cl -, ki je enak 1,36 V, označuje molekularni klor kot oksidant in kloridni ion kot reducent.

Oksidi – spojine elementov s kisikom, v katerih ima kisik oksidacijsko stopnjo –2.

Orientacijske interakcije– medmolekularne interakcije polarnih molekul.

osmoza – pojav prenosa molekul topila na polprepustni (prepustni samo za topilo) membrani proti nižji koncentraciji topila.

Osmotski tlak - fizikalno-kemijska lastnost raztopin zaradi sposobnosti membran, da prepuščajo le molekule topila. Osmotski tlak iz manj koncentrirane raztopine izenači hitrost prodiranja molekul topila na obe strani membrane. Osmotski tlak raztopina je enaka tlaku plina, v katerem je koncentracija molekul enaka koncentraciji delcev v raztopini.

Arrheniusove baze – snovi, ki med elektrolitsko disociacijo odcepijo hidroksidne ione.

Podstavki Bronsted - spojine (molekule ali ioni tipa S 2-, HS -), ki lahko vežejo vodikove ione.

Razlogi po Lewisu (Lewisove baze) – spojine (molekule ali ioni) z osamljenimi elektronskimi pari, ki lahko tvorijo donorske in akceptorske vezi. Najpogostejša Lewisova baza so vodne molekule, ki imajo močne donorske lastnosti.

Мв = К· Мr (1)

Kjer je: K sorazmernostni koeficient, ki je enak 1 g/mol.

Pravzaprav je za ogljikov izotop 12 6 C Ar = 12 in molska masa atomov (po definiciji pojma "mol") je 12 g/mol. Posledično se številčni vrednosti obeh mas ujemata, kar pomeni K = 1. Iz tega sledi, da molska masa snovi, izražena v gramih na mol, ima enako številčna vrednost, kar je enako kot njegova relativna molekula(atomsko) teža. Torej, molska masa atomski vodik enaka 1,008 g/mol, molekulski vodik – 2,016 g/mol, molekulski kisik – 31,999 g/mol.

Po Avogadrovem zakonu zavzema enako število molekul katerega koli plina enako prostornino pod enakimi pogoji. Po drugi strani pa 1 mol katere koli snovi vsebuje (po definiciji) enako število delci. Iz tega sledi, da pri določeni temperaturi in tlaku zavzema 1 mol katerekoli snovi v plinastem stanju enako prostornino.

Razmerje med prostornino, ki jo zavzema snov, in njeno količino imenujemo molska prostornina snovi. Pri normalnih pogojih (101,325 kPa; 273 K) je molska prostornina katerega koli plina enaka 22,4l/mol(natančneje Vn = 22,4 l/mol). Ta izjava velja za tak plin, ko je mogoče zanemariti druge vrste medsebojnega delovanja njegovih molekul, razen njihovega elastičnega trka. Takšni plini se imenujejo idealni. Za neidealne pline, imenovane realni plini, so molske prostornine drugačne in se nekoliko razlikujejo od natančna vrednost. Vendar se v večini primerov razlika odraža le v četrti in naslednjih pomembnih številkah.

Meritve prostornine plina se običajno izvajajo v pogojih, ki niso običajni. Če želite prostornino plina prilagoditi normalnim pogojem, lahko uporabite enačbo, ki združuje plinski zakoni Boyle - Mariotte in Gay - Lussac:

pV / T = p 0 V 0 / T 0

Kjer je: V prostornina plina pri tlaku p in temperaturi T;

V 0 je prostornina plina pri normalnem tlaku p 0 (101,325 kPa) in temperaturi T 0 (273,15 K).

Molarne mase plinov lahko izračunamo tudi z uporabo enačbe stanja idealen plin– Clapeyron – Mendelejeva enačba:

pV = m B RT / M B,

Kjer je: p – tlak plina, Pa;

V – njegova prostornina, m3;

M B - masa snovi, g;

M B – njegova molska masa, g/mol;

T - absolutna temperatura, TO;

R je univerzalna plinska konstanta, ki je enaka 8,314 J / (mol K).

Če sta prostornina in tlak plina izražena v drugih merskih enotah, bo vrednost plinske konstante v enačbi Clapeyron-Mendeleev dobila drugačno vrednost. Izračunamo ga lahko s formulo, ki izhaja iz enotnega zakona o stanju plina za mol snovi pri normalnih pogojih za en mol plina:

R = (p 0 V 0 / T 0)

Primer 1. Izrazite v molih: a) 6,0210 21 molekul CO 2 ; b) 1,2010 24 atomov kisika; c) 2,0010 23 molekul vode. Kakšna je molska masa teh snovi?

rešitev. Mol je količina snovi, ki vsebuje število delcev katere koli posebne vrste, ki je enako Avogadrovi konstanti. Zato velja a) 6,0210 21 tj. 0,01 mol; b) 1,2010 24, tj. 2 mol; c) 2,0010 23, tj. 1/3 mol. Masa mola snovi je izražena v kg/mol ali g/mol. Molska masa snovi v gramih je številčno enaka njeni relativni molekulski (atomski) masi, izraženi v atomske enote masa (amu)

Ker molekulske mase CO 2 in H 2 O ter atomska masa kisika 44; 18 in 16 amu, potem sta njuni molski masi enaki: a) 44 g/mol; b) 18 g/mol; c) 16 g/mol.

Primer 2. Izračunaj absolutna masa molekule žveplove kisline v gramih.

rešitev. En mol katere koli snovi (glej primer 1) vsebuje Avogadrovo konstanto N A strukturne enote(v našem primeru molekul). Molska masa H 2 SO 4 je 98,0 g/mol. Zato je masa ene molekule 98/(6,02 10 23) = 1,63 10 -22 g.

Molarna prostornina- prostornina enega mola snovi, vrednost, ki jo dobimo z deljenjem molske mase z gostoto. Označuje gostoto pakiranja molekul.

Pomen N A = 6,022…×10 23 imenovano Avogadrovo število po italijanskem kemiku Amedeu Avogadru. To je univerzalna konstanta za drobni delci katero koli snov.

To število molekul vsebuje 1 mol kisika O2, enako število atomov v 1 molu železa (Fe), molekul v 1 molu vode H2O itd.

Po Avogadrovem zakonu je 1 mol idealnega plina pri normalne razmere ima enako prostornino Vm= 22.413 996(39) l. V normalnih pogojih je večina plinov blizu idealnih, torej vsi osnovne informacije O molski volumen kemični elementi se nanaša na njihove kondenzirane faze, razen če ni navedeno drugače

Da bi ugotovili sestavo katerega koli plinaste snovi potrebno je znati operirati s pojmi, kot so molska prostornina, molska masa in gostota snovi. V tem članku si bomo ogledali, kaj je molska prostornina in kako jo izračunati?

Količina snovi

Kvantitativni izračuni se izvajajo, da bi dejansko izvedli določen postopek ali ugotovili sestavo in strukturo določeno snov. Izvajanje teh izračunov je neprijetno absolutne vrednosti maso atomov ali molekul, ker so zelo majhni. Tudi relativne atomske mase v večini primerov ni mogoče uporabiti, ker niso povezane s splošno sprejetimi merami mase ali prostornine snovi. Zato je bil uveden pojem količine snovi, ki je označena grška črka v (golo) ali n. Količina snovi je sorazmerna s številom strukturnih enot (molekul, atomskih delcev), ki jih snov vsebuje.

Količinska enota snovi je mol.

Mol je količina snovi, ki vsebuje enako število strukturnih enot, kot je atomov v 12 g izotopa ogljika.

Masa 1 atoma je 12 a. e.m., zato je število atomov v 12 g izotopa ogljika enako:

Na= 12g/12*1,66057*10 na potenco-24g=6,0221*10 na potenco 23

Fizikalna količina Na se imenuje Avogadrova konstanta. En mol katere koli snovi vsebuje 6,02 * 10 na potenco 23 delcev.

riž. 1. Avogadrov zakon.

Molarna prostornina plina

Molarna prostornina plina je razmerje med prostornino snovi in ​​količino te snovi. Ta vrednost se izračuna tako, da se molska masa snovi deli z njeno gostoto po naslednji formuli:

kjer je Vm molska prostornina, M molska masa in p gostota snovi.

riž. 2. Formula za molsko prostornino.

IN mednarodni sistem Merjenje molske prostornine plinastih snovi se izvaja v kubičnih metrov na mol (m 3 /mol)

Molarna prostornina plinastih snovi se od snovi v tekočem in trdnem stanju razlikuje po tem, da plinasti element s količino 1 mol zavzema vedno enako prostornino (če so izpolnjeni enaki parametri).

Prostornina plina je odvisna od temperature in tlaka, zato pri izračunu vzamete prostornino plina pri normalnih pogojih. Za normalne pogoje se šteje temperatura 0 stopinj in tlak 101,325 kPa. Molarna prostornina 1 mola plina je pri normalnih pogojih vedno enaka in enaka 22,41 dm 3 /mol. To prostornino imenujemo molska prostornina idealnega plina. To pomeni, da je v 1 molu katerega koli plina (kisik, vodik, zrak) prostornina 22,41 dm 3 / m.

riž. 3. Molarna prostornina plina pri normalnih pogojih.

Tabela "molarna prostornina plinov"

Naslednja tabela prikazuje prostornino nekaterih plinov:

Molarna prostornina plina enako razmerju prostornina plina na količino snovi tega plina, tj.

V m = V(X) / n(X),

kjer je V m molska prostornina plina - konstantna za kateri koli plin pod danimi pogoji;

V(X) – prostornina plina X;

n(X) – količina plinaste snovi X.

Molarna prostornina plinov pri normalnih pogojih (normalni tlak p n = 101,325 Pa ≈ 101,3 kPa in temperatura T n = 273,15 K ≈ 273 K) je V m = 22,4 l/mol.

Zakoni o idealnem plinu

Pri izračunih s plini je pogosto treba preklopiti iz teh pogojev v normalne ali obratno. V tem primeru je priročno uporabiti formulo, ki izhaja iz zakona o kombiniranem plinu Boyle-Mariotte in Gay-Lussac:

pV / T = p n V n / T n

Kjer je p tlak; V - prostornina; T - temperatura po Kelvinovi lestvici; indeks "n" označuje normalne razmere.

Volumski delež

Sestava plinskih mešanic je pogosto izražena z volumskim deležem - razmerjem med prostornino dane komponente in celotno prostornino sistema, tj.

φ(X) = V(X) / V

kjer je φ(X) - prostorninski delež komponenta X;

V(X) - prostornina komponente X;

V je prostornina sistema.

Volumski delež je brezdimenzijska količina, izražena v delih enote ali v odstotkih.

Primer 1. Kakšno prostornino bo zavzel amoniak z maso 51 g pri temperaturi 20 °C in tlaku 250 kPa?

Primer 2. Določite prostornino, ki jo bo pri normalnih pogojih zasedla mešanica plinov, ki vsebuje vodik, ki tehta 1,4 g, in dušik, ki tehta 5,6 g.

Zakon volumetričnih odnosov

Kako rešiti problem z uporabo "Zakona prostorninskih razmerij"?

Zakon volumskih razmerij: Prostornine plinov, vključenih v reakcijo, so med seboj povezane kot majhna cela števila, ki so enaka koeficientom v reakcijski enačbi.

Koeficienti v reakcijskih enačbah kažejo število volumnov reagirajočih in nastalih plinastih snovi.

Primer. Izračunajte prostornino zraka, ki je potrebna za zgorevanje 112 litrov acetilena.

1. Sestavimo reakcijsko enačbo:

2. Na podlagi zakona volumetričnih razmerij izračunamo prostornino kisika:

112 / 2 = X / 5, od koder je X = 112 5 / 2 = 280l

3. Določite prostornino zraka:

V(zrak) = V(O 2) / φ(O 2)

V(zrak) = 280 / 0,2 = 1400 l.