Kepekatan molekul gas ideal. Formula dan masalah sampel

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-02 17:53

Gas mempunyai kereaktifan yang tinggi berbanding dengan jasad cecair dan pepejal disebabkan oleh luas permukaan aktifnya yang luas dan tenaga kinetik zarah yang tinggi yang membentuk sistem. Dalam kes ini, aktiviti kimia gas, tekanannya dan beberapa parameter lain bergantung pada kepekatan molekul. Mari kita pertimbangkan dalam artikel ini apakah nilai ini dan cara ia boleh dikira.

Gas apa yang kita bincangkan?

Artikel ini akan mempertimbangkan apa yang dipanggil gas ideal. Mereka mengabaikan saiz zarah dan interaksi antara mereka. Satu-satunya proses yang berlaku dalam gas ideal ialah perlanggaran elastik antara zarah dan dinding kapal. Hasil daripada perlanggaran ini ialah tekanan mutlak.

Mana-mana gas sebenar mendekati ideal dalam sifatnya jika tekanan atau ketumpatannya dikurangkan dan suhu mutlaknya dinaikkan. Namun begitu, terdapat bahan kimia yang, walaupun pada ketumpatan rendah dan tinggisuhu adalah jauh daripada gas ideal. Contoh yang menarik dan terkenal bagi bahan tersebut ialah wap air. Hakikatnya ialah molekulnya (H_{2O) adalah sangat kutub (oksigen menarik ketumpatan elektron daripada atom hidrogen). Kekutuban membawa kepada interaksi elektrostatik yang ketara antara mereka, yang merupakan pelanggaran berat terhadap konsep gas ideal.}

Undang-undang universal Clapeyron-Mendeleev

Untuk dapat mengira kepekatan molekul gas ideal, seseorang harus membiasakan diri dengan undang-undang yang menerangkan keadaan mana-mana sistem gas ideal, tanpa mengira komposisi kimianya. Undang-undang ini membawa nama orang Perancis Emile Clapeyron dan saintis Rusia Dmitri Mendeleev. Persamaan yang sepadan ialah:

PV=nRT.

Kesamaan mengatakan bahawa hasil darab tekanan P dan isipadu V mestilah sentiasa berkadar terus dengan hasil darab suhu mutlak T dan jumlah bahan n untuk gas ideal. Di sini R ialah pekali perkadaran, yang dipanggil pemalar gas sejagat. Ia menunjukkan jumlah kerja yang 1 mol gas lakukan akibat pengembangan jika ia dipanaskan sebanyak 1 K (R=8, 314 J/(molK)).

Kepekatan molekul dan pengiraannya

Mengikut takrifan, kepekatan atom atau molekul difahami sebagai bilangan zarah dalam sistem, yang jatuh setiap unit isipadu. Secara matematik, anda boleh menulis:

c_N=N/V.

Di mana N ialah jumlah bilangan zarah dalam sistem.

Sebelum menulis formula untuk menentukan kepekatan molekul gas, mari kita ingat takrifan jumlah bahan n dan ungkapan yang mengaitkan nilai R dengan pemalar Boltzmann k_B:

n=N/N_A;

k_B=R/N_A.

Menggunakan kesamaan ini, kami menyatakan nisbah N/V daripada persamaan universal keadaan:

PV=nRT=>

PV=N/N_ART=Nk_BT=>

c_N=N/V=P/(k_BT).

Jadi kami mendapat formula untuk menentukan kepekatan zarah dalam gas. Seperti yang anda lihat, ia adalah berkadar terus dengan tekanan dalam sistem dan berkadar songsang dengan suhu mutlak.

Memandangkan bilangan zarah dalam sistem adalah besar, kepekatan c_Nadalah menyusahkan untuk digunakan semasa melakukan pengiraan praktikal. Sebaliknya, kepekatan molar c _{digunakan lebih kerap. Ia ditakrifkan untuk gas ideal seperti berikut:}

c_{=n/V=P/(R T).}

Contoh masalah

Adalah perlu untuk mengira kepekatan molar molekul oksigen di udara dalam keadaan normal.

Untuk menyelesaikan masalah ini, ingat bahawa udara mengandungi 21% oksigen. Selaras dengan undang-undang D alton, oksigen menghasilkan tekanan separa 0.21P₀, di mana P₀=101325 Pa (satu atmosfera). Keadaan biasa juga menganggap suhu 0 ^{oC(273.15 K).}

Kami mengetahui semua parameter yang diperlukan untuk mengira kepekatan molar oksigen di udara. Kami mendapat:

c(O₂)=P/(R T)=0.21101325/(8.314273, 15)=9.37 mol/m^3.

Jika kepekatan ini dikurangkan kepada isipadu 1 liter, maka kita mendapat nilai 0.009 mol/L.

Untuk memahami berapa banyak molekul O₂ terkandung dalam 1 liter udara, darabkan kepekatan yang dikira dengan nombor N_A. Selepas melengkapkan prosedur ini, kami mendapat nilai yang besar: N(O₂)=5, 6410^21molekul.