ISIPADU MOLAR: KONSEP DAN FORMULA, PENGIRAAN DAN CONTOH - KIMIA - 2025

The jumlah molar adalah harta intensif yang menunjukkan berapa banyak ruang menduduki satu mol bahan berazam atau kompaun. Ini diwakili oleh simbol V _m , dan dinyatakan dalam unit dm ³ / mol untuk gas, dan cm ³ / mol untuk cecair dan pepejal, kerana fakta bahawa yang terakhir ini lebih terbatas oleh daya intermolekul mereka yang lebih besar.

Sifat ini berulang ketika mengkaji sistem termodinamik yang melibatkan gas; kerana, untuk cecair dan pepejal, persamaan untuk menentukan V _m menjadi lebih rumit dan tidak tepat. Oleh itu, sejauh kursus asas, isipadu molar selalu dikaitkan dengan teori gas yang ideal.

Isipadu molekul etilena secara dangkal dibatasi oleh elipsoid hijau dan bilangan Avogadro kali ini. Sumber: Gabriel Bolívar.

Ini disebabkan oleh fakta bahawa aspek struktur tidak relevan untuk gas ideal atau sempurna; semua zarahnya dilihat sebagai sfera yang bertembung secara elastik antara satu sama lain dan berkelakuan sama tidak kira apa jisim atau sifatnya.

Oleh itu, sebilangan mol gas ideal akan menempati, pada tekanan dan suhu tertentu, isipadu sama dengan V _m . Kemudian dikatakan bahawa dalam keadaan normal P dan T, masing-masing 1 atm dan 0 ºC, satu mol gas yang ideal akan menempati isipadu 22.4 liter. Nilai ini berguna dan dihitung walaupun menilai gas sebenar.

Konsep dan formula

Untuk gas

Formula segera untuk mengira isipadu molar spesies adalah:

V _m = V / n

Di mana V adalah isipadu yang dimilikinya, dan n adalah jumlah spesies dalam tahi lalat. Masalahnya adalah bahawa V _m bergantung pada tekanan dan suhu yang dialami oleh molekul-molekul itu, dan kita menginginkan ungkapan matematik yang mengambil kira pemboleh ubah ini.

Etilena dalam gambar, H ₂ C = CH ₂ , mempunyai isipadu molekul yang berkaitan yang dibatasi oleh elipsoid hijau. H ₂ C = CH _{2 ini} dapat berputar dengan berbagai cara, seolah-olah elipsoid digerakkan di angkasa untuk memvisualisasikan berapa banyak isipadu yang akan ditampungnya (jelas diabaikan).

Walau bagaimanapun, jika isipadu ellipsoid hijau dikalikan dengan N _A , nombor Avogadro, maka kita mol molekul etilena; satu mol elipsoid saling berinteraksi antara satu sama lain. Pada suhu yang lebih tinggi, molekul akan terpisah antara satu sama lain; sementara pada tekanan yang lebih tinggi, mereka akan berkontrak dan mengurangkan jumlahnya.

Oleh itu, V _m bergantung pada P dan T. Etilena mempunyai geometri satah, jadi tidak dapat difikirkan bahawa V _mnya tepat dan sama dengan metana, CH ₄ , dari geometri tetrahedral dan mampu dilambangkan dengan sfera dan bukan ellipsoid.

Untuk cecair dan pepejal

Molekul atau atom cecair dan pepejal juga mempunyai V mereka sendiri _m , yang boleh secara kasar berkaitan dengan kepadatan mereka:

V _m = m / (dn)

Suhu mempengaruhi jumlah molar untuk cecair dan pepejal lebih daripada tekanan, selagi yang terakhir tidak berubah secara tiba-tiba atau terlalu tinggi (mengikut urutan GPa). Begitu juga, seperti yang disebutkan dengan etilena, geometri dan struktur molekul mempunyai pengaruh yang besar terhadap nilai V _m .

Walau bagaimanapun, dalam keadaan normal diperhatikan bahawa ketumpatan untuk cecair atau pepejal yang berlainan tidak terlalu banyak dalam ukurannya; perkara yang sama berlaku dengan isipadu molarnya. Perhatikan bahawa semakin padat, V _{m yang} lebih kecil akan menjadi .

Mengenai pepejal, isipadu molarnya juga bergantung pada struktur kristalnya (isipadu sel unit mereka).

Bagaimana mengira isipadu molar?

Tidak seperti cecair dan pepejal, untuk gas ideal terdapat persamaan yang memungkinkan pengiraan V _m sebagai fungsi P dan T dan perubahannya; ini adalah gas ideal:

P = nRT / V

Yang ditampung untuk menyatakan V / n:

V / n = RT / P

V _m = RT / P

Sekiranya kita menggunakan pemalar gas R = 0,082 L · atm · K ^-1 · mol ^-1 , maka suhu harus dinyatakan dalam kelvin (K), dan tekanan di atmosfera. Perhatikan bahawa di sini kita dapat melihat mengapa V _m adalah sifat intensif: T dan P tidak ada kaitan dengan jisim gas melainkan dengan isipadu.

Pengiraan ini hanya berlaku dalam keadaan di mana gas berkelakuan hampir dengan idealiti. Walau bagaimanapun, nilai-nilai yang diperoleh melalui eksperimen mempunyai margin kesalahan kecil yang berkaitan dengan teori.

Contoh mengira isipadu molar

Contoh 1

Terdapat gas Y yang ketumpatannya 8.5 · 10 ^-4 g / cm ³ . Sekiranya anda mempunyai 16 gram bersamaan 0,92 mol Y, cari isipadu molarnya.

Dari formula ketumpatan kita dapat mengira isipadu Y yang mana 16 gram ini:

V = 16 g / (8.5 · 10 ^-4 g / cm ³ )

= 18,823,52 cm ³ atau 18,82 L

Oleh itu, V _m dikira secara langsung dengan membahagi isipadu ini dengan bilangan mol yang diberikan:

V _m = 18.82 L / 0.92 mol

= 20.45 L / mol atau L mol ^-1 atau dm ³ mol ^-1

Latihan 2

Dalam contoh Y sebelumnya, tidak dinyatakan pada masa apa suhu yang dialami oleh zarah-zarah gas itu. Dengan andaian bahawa Y bekerja pada tekanan atmosfera, hitung suhu yang diperlukan untuk memampatkannya ke isipadu molar yang ditentukan.

Penyataan latihan lebih panjang daripada ketetapannya. Kami menggunakan persamaan:

V _m = RT / P

Tetapi kami menyelesaikan untuk T, dan mengetahui bahawa tekanan atmosfera adalah 1 atm, kami menyelesaikan:

T = V _m P / R

= (20.45 L / mol) (1 atm) / (0.082 L atm / K mol)

= 249.39 K

Maksudnya, satu mol Y akan menempati 20.45 liter pada suhu hampir -23.76 ºC.

Latihan 3

Mengikuti keputusan sebelumnya, tentukan V _m pada 0 ° C, 25 ° C dan pada sifar mutlak pada tekanan atmosfera.

Mengubah suhu menjadi kelvin, pertama kita mempunyai 273.17 K, 298.15 K dan 0 K. Kami menyelesaikan secara langsung dengan menggantikan suhu pertama dan kedua:

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)

Nilai 22.4 liter disebutkan pada awalnya. Perhatikan bagaimana V _m meningkat dengan suhu. Apabila kita mahu melakukan pengiraan yang sama dengan sifar mutlak, kita tersandung pada hukum termodinamik ketiga:

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

= 0 L / mol (-273.15 ºC)

Gas Y tidak boleh mempunyai isipadu molar yang tidak wujud; ini bermaksud bahawa ia telah berubah menjadi cecair dan persamaan sebelumnya tidak lagi berlaku.

Sebaliknya, kemustahilan mengira V _m pada sifar mutlak mematuhi undang-undang termodinamik ketiga, yang mengatakan bahawa mustahil untuk menyejukkan bahan apa pun ke suhu sifar mutlak.

Rujukan

1. Ira N. Levine. (2014). Prinsip Fisikokimia. Edisi keenam. Bukit Mc Graw.
2. Batu Permata. (1970). Perjanjian kimia fizikal. Edisi kedua. Aguilar.
3. Wikipedia. (2019). Isipadu molar. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (08 Ogos 2019). Definisi Isipadu Molar dalam Kimia. Dipulihkan dari: thinkco.com
5. BYJU. (2019). Formula Isipadu Molar. Dipulihkan dari: byjus.com
6. González Monica. (28 Oktober 2010). Isipadu molar. Dipulihkan dari: quimica.laguia2000.com