Seperti yang anda ketahui, molekul dan atom yang membentuk objek di sekeliling kita adalah sangat kecil. Untuk menjalankan pengiraan semasa tindak balas kimia, serta menganalisis kelakuan campuran komponen tidak berinteraksi dalam cecair dan gas, konsep pecahan mol digunakan. Apakah ia dan bagaimana ia boleh digunakan untuk mendapatkan kuantiti fizik makroskopik bagi sesuatu campuran, dibincangkan dalam artikel ini.
Nombor Avogadro
Pada awal abad ke-20, semasa menjalankan eksperimen dengan campuran gas, saintis Perancis Jean Perrin mengukur bilangan molekul H2 yang terkandung dalam 1 gram gas ini. Nombor ini ternyata merupakan angka yang besar (6,0221023). Oleh kerana sangat menyusahkan untuk menjalankan pengiraan dengan angka sedemikian, Perrin mencadangkan nama untuk nilai ini - nombor Avogadro. Nama ini dipilih sebagai penghormatan kepada saintis Itali pada awal abad ke-19, Amedeo Avogadro, yang, seperti Perrin, mengkaji campuran gas dan bahkan mampu merumuskan.bagi mereka, undang-undang yang kini menggunakan nama keluarga.
Nombor Avogadro kini digunakan secara meluas dalam kajian pelbagai bahan. Ia memautkan ciri makroskopik dan mikroskopik.
Jumlah bahan dan jisim molar
Pada tahun 60-an, Dewan Timbang dan Sukat Antarabangsa memperkenalkan unit ukuran asas ketujuh ke dalam sistem unit fizikal (SI). Ia menjadi pelanduk. Mol menunjukkan bilangan elemen yang membentuk sistem yang dipersoalkan. Satu tahi lalat sama dengan nombor Avogadro.
Jisim molar ialah berat satu mol bahan tertentu. Ia diukur dalam gram setiap tahi lalat. Jisim molar adalah kuantiti tambahan, iaitu, untuk menentukannya untuk sebatian kimia tertentu, perlu menambah jisim molar unsur-unsur kimia yang membentuk sebatian ini. Sebagai contoh, jisim molar metana (CH4) ialah:
MCH4=MC + 4MH=12 + 41=16 g/mol.
Iaitu, 1 mol molekul metana akan mempunyai jisim 16 gram.
Konsep pecahan mol
Bahan tulen jarang berlaku. Sebagai contoh, pelbagai kekotoran (garam) sentiasa larut dalam air; Udara planet kita adalah campuran gas. Dengan kata lain, sebarang bahan dalam keadaan cecair dan gas adalah campuran pelbagai unsur. Pecahan mol ialah nilai yang menunjukkan bahagian dalam setara mol yang diduduki oleh satu atau komponen lain dalamcampuran. Jika jumlah bahan keseluruhan campuran dilambangkan sebagai n, dan jumlah bahan komponen i dilambangkan sebagai ni, maka persamaan berikut boleh ditulis:
xi=ni / n.
Di sini xi ialah pecahan mol komponen i untuk campuran ini. Seperti yang dapat dilihat, kuantiti ini tidak berdimensi. Untuk semua komponen campuran, jumlah pecahan mol mereka dinyatakan dengan formula seperti berikut:
∑i(xi)=1.
Mendapatkan formula ini tidak sukar. Untuk melakukan ini, cuma gantikan ungkapan sebelumnya untuk xi.
ke dalamnya
Minat atom
Apabila menyelesaikan masalah dalam kimia, selalunya nilai awal diberikan dalam peratus atom. Sebagai contoh, dalam campuran oksigen dan hidrogen, yang terakhir ialah 60% atom. Ini bermakna daripada 10 molekul dalam campuran, 6 akan sepadan dengan hidrogen. Oleh kerana pecahan mol ialah nisbah bilangan atom komponen kepada jumlah bilangannya, peratusan atom adalah sinonim dengan konsep yang dipersoalkan.
Penukaran saham kepada peratusan atom dilakukan dengan hanya meningkatkannya dengan dua urutan magnitud. Contohnya, 0.21 pecahan mol oksigen dalam udara sepadan dengan 21 atom%.
Gas ideal
Konsep pecahan mol sering digunakan dalam menyelesaikan masalah dengan campuran gas. Kebanyakan gas dalam keadaan normal (suhu 300 K dan tekanan 1 atm.) Adalah ideal. Ini bermakna atom dan molekul yang membentuk gas berada pada jarak yang jauh antara satu sama lain dan tidak berinteraksi antara satu sama lain.
Untuk gas ideal, persamaan keadaan berikut adalah sah:
PV=nRT.
Di sini P, V dan T ialah tiga ciri termodinamik makroskopik: tekanan, isipadu dan suhu masing-masing. Nilai R=8, 314 J / (Kmol) ialah pemalar untuk semua gas, n ialah bilangan zarah dalam mol, iaitu jumlah bahan.
Persamaan keadaan menunjukkan bagaimana salah satu daripada tiga ciri gas makroskopik (P, V atau T) akan berubah jika kedua daripadanya tetap dan yang ketiga diubah. Contohnya, pada suhu malar, tekanan akan berkadar songsang dengan isipadu gas (hukum Boyle-Mariotte).
Perkara yang paling menarik tentang formula bertulis ialah ia tidak mengambil kira sifat kimia molekul dan atom gas, iaitu, ia sah untuk kedua-dua gas tulen dan campurannya.
Hukum D alton dan tekanan separa
Bagaimana untuk mengira pecahan mol gas dalam campuran? Untuk melakukan ini, adalah mencukupi untuk mengetahui jumlah bilangan zarah dan bilangannya untuk komponen yang sedang dipertimbangkan. Walau bagaimanapun, anda boleh melakukan sebaliknya.
Pecahan mol gas dalam campuran boleh didapati dengan mengetahui tekanan separanya. Yang terakhir ini difahami sebagai tekanan yang akan dihasilkan oleh komponen tertentu dalam campuran gas jika mungkin untuk mengeluarkan semua komponen lain. Jika kita menetapkan tekanan separa komponen ke-i sebagai Pi, dan tekanan keseluruhan campuran sebagai P, maka formula untuk pecahan mol bagi komponen ini akan mengambil bentuk:
xi=Pi / P.
Sebab jumlahnyadaripada semua xi adalah sama dengan satu, maka kita boleh menulis ungkapan berikut:
∑i(Pi / P)=1, maka ∑i (Pi)=P.
Persamaan terakhir dipanggil undang-undang D alton, yang dinamakan demikian sempena nama saintis British pada awal abad ke-19, John D alton.
Hukum tekanan separa atau hukum D alton adalah akibat langsung daripada persamaan keadaan untuk gas ideal. Jika atom atau molekul dalam gas mula berinteraksi antara satu sama lain (ini berlaku pada suhu tinggi dan tekanan tinggi), maka hukum D alton adalah tidak adil. Dalam kes kedua, untuk mengira pecahan mol komponen, perlu menggunakan formula dari segi jumlah bahan, dan bukan dari segi tekanan separa.
Udara sebagai campuran gas
Setelah mempertimbangkan persoalan bagaimana mencari pecahan mol komponen dalam campuran, kami menyelesaikan masalah berikut: hitung nilai xi dan P i untuk setiap komponen di udara.
Jika kita menganggap udara kering, maka ia terdiri daripada 4 komponen gas berikut:
- nitrogen (78.09%);
- oksigen (20.95%);
- argon (0.93%);
- gas karbon dioksida (0.04%).
Daripada data ini, pecahan mol bagi setiap gas adalah sangat mudah untuk dikira. Untuk melakukan ini, cukup untuk membentangkan peratusan dalam istilah relatif, seperti yang disebutkan di atas dalam artikel. Kemudian kita dapat:
xN2=0, 7809;
xO2=0, 2095;
xAr=0, 0093;
xCO2=0, 0004.
Tekanan separakita mengira komponen udara ini, memandangkan tekanan atmosfera di aras laut ialah 101 325 Pa atau 1 atm. Kemudian kita dapat:
PN2=xN2 P=0.7809 atm.;
PO2=xO2 P=0, 2095 atm.;
PAr=xAr P=0.0093 atm.;
PCO2=xCO2 P=0.0004 atm.
Data ini bermakna jika anda mengeluarkan semua oksigen dan gas lain dari atmosfera, dan hanya meninggalkan nitrogen, tekanan akan turun sebanyak 22%.
Mengetahui tekanan separa oksigen memainkan peranan penting bagi mereka yang menyelam di bawah air. Jadi, jika kurang daripada 0.16 atm., maka orang itu serta-merta hilang kesedaran. Sebaliknya, tekanan separa oksigen melebihi tanda 1.6 atm. membawa kepada keracunan dengan gas ini, yang disertai dengan sawan. Oleh itu, tekanan separa oksigen yang selamat untuk kehidupan manusia hendaklah berada dalam lingkungan 0.16 - 1.6 atm.
