Som du vet, er molekylene og atomene som utgjør gjenstandene rundt oss, veldig små. For å utføre beregninger under kjemiske reaksjoner, samt å analysere oppførselen til en blanding av ikke-interagerende komponenter i væsker og gasser, brukes begrepet molfraksjoner. Hva de er, og hvordan de kan brukes til å oppnå makroskopiske fysiske mengder av en blanding, diskuteres i denne artikkelen.
Avogadros nummer
På begynnelsen av 1900-tallet, mens han utførte eksperimenter med gassblandinger, målte den franske forskeren Jean Perrin antall H2 molekyler i 1 gram av denne gassen. Dette tallet viste seg å være et enormt tall (60221023). Siden det er ekstremt upraktisk å utføre beregninger med slike tall, foreslo Perrin et navn for denne verdien - Avogadros nummer. Dette navnet ble valgt til ære for den italienske forskeren på begynnelsen av 1800-tallet, Amedeo Avogadro, som i likhet med Perrin studerte blandinger av gasser og til og med var i stand til å formulerefor dem, loven som for tiden bærer etternavnet hans.
Avogadros nummer er for tiden mye brukt i studiet av ulike stoffer. Den kobler sammen makroskopiske og mikroskopiske egenskaper.
Mengde av stoff og molar masse
På 60-tallet introduserte International Chamber of Weights and Measures den syvende grunnleggende måleenheten i systemet med fysiske enheter (SI). Det ble en møll. Føflekken viser antall elementer som utgjør det aktuelle systemet. Én føflekk er lik Avogadros tall.
Molar masse er vekten av én mol av et gitt stoff. Det måles i gram per mol. Den molare massen er en additiv mengde, det vil si for å bestemme den for en bestemt kjemisk forbindelse, er det nødvendig å legge til molmassene til de kjemiske elementene som utgjør denne forbindelsen. For eksempel er den molare massen til metan (CH4):
MCH4=MC + 4MH=12 + 41=16 g/mol.
Det vil si at 1 mol metanmolekyler vil ha en masse på 16 gram.
molbrøkkonsept
Rene stoffer er sjeldne i naturen. For eksempel er forskjellige urenheter (s alter) alltid oppløst i vann; Luften på planeten vår er en blanding av gasser. Med andre ord er ethvert stoff i flytende og gassform en blanding av forskjellige elementer. Molfraksjonen er en verdi som viser hvilken del av molekvivalenten som er okkupert av en eller annen komponent iblandinger. Hvis mengden av stoffet i hele blandingen er angitt som n, og mengden av stoffet i komponent i er angitt som ni, kan følgende ligning skrives:
xi=ni / n.
Her er xi molfraksjonen av komponent i for denne blandingen. Som man kan se, er denne mengden dimensjonsløs. For alle komponentene i blandingen er summen av molfraksjonene deres uttrykt med formelen som følger:
∑i(xi)=1.
Å få denne formelen er ikke vanskelig. For å gjøre dette, erstatt det forrige uttrykket med xi.
i det
Atominteresse
Når man løser problemer i kjemi, er startverdiene ofte gitt i atomprosent. For eksempel, i en blanding av oksygen og hydrogen, er sistnevnte 60 atom%. Det betyr at av 10 molekyler i blandingen vil 6 tilsvare hydrogen. Siden molfraksjonen er forholdet mellom antall komponentatomer og deres totale antall, er atomprosenter synonyme med det aktuelle konseptet.
Konverteringen av aksjer til atomprosenter utføres ved å øke dem med to størrelsesordener. For eksempel tilsvarer 0,21 molfraksjon av oksygen i luft 21 atomer.
Ideell gass
Begrepet molfraksjoner brukes ofte til å løse problemer med gassblandinger. De fleste gasser under normale forhold (temperatur 300 K og trykk 1 atm.) er ideelle. Dette betyr at atomene og molekylene som utgjør gassen er i stor avstand fra hverandre og ikke samhandler med hverandre.
For ideelle gasser er følgende tilstandsligning gyldig:
PV=nRT.
Her er P, V og T tre makroskopiske termodynamiske egenskaper: henholdsvis trykk, volum og temperatur. Verdien R=8, 314 J / (Kmol) er en konstant for alle gasser, n er antall partikler i mol, det vil si mengden stoff
Tilstandsligningen viser hvordan en av de tre makroskopiske gasskarakteristikkene (P, V eller T) vil endres hvis den andre av dem er fast og den tredje endres. For eksempel, ved en konstant temperatur vil trykket være omvendt proporsjon alt med volumet av gassen (Boyle-Mariottes lov).
Det mest bemerkelsesverdige med den skriftlige formelen er at den ikke tar hensyn til den kjemiske naturen til molekylene og atomene i gassen, det vil si at den er gyldig for både rene gasser og deres blandinger.
D altons lov og delvis press
Hvordan beregne molfraksjonen av en gass i en blanding? For å gjøre dette er det tilstrekkelig å vite det totale antallet partikler og deres antall for den aktuelle komponenten. Du kan imidlertid gjøre noe annet.
Molfraksjonen av en gass i en blanding kan bli funnet ved å kjenne dens parti altrykk. Sistnevnte forstås som trykket som en gitt komponent i gassblandingen ville skape dersom det var mulig å fjerne alle andre komponenter. Hvis vi angir parti altrykket til den i-te komponenten som Pi, og trykket til hele blandingen som P, vil formelen for molfraksjonen for denne komponenten ha formen:
xi=Pi / P.
Fordi beløpetav alle xi er lik én, så kan vi skrive følgende uttrykk:
∑i(Pi / P)=1, derav ∑i (Pi)=P.
Den siste likheten kalles D altons lov, som er oppk alt etter den britiske vitenskapsmannen på begynnelsen av 1800-tallet, John D alton.
Loven om parti altrykk eller D altons lov er en direkte konsekvens av tilstandsligningen for ideelle gasser. Hvis atomer eller molekyler i en gass begynner å samhandle med hverandre (dette skjer ved høye temperaturer og høyt trykk), så er D altons lov urettferdig. I det siste tilfellet, for å beregne molfraksjonene til komponentene, er det nødvendig å bruke formelen når det gjelder mengde stoff, og ikke når det gjelder parti altrykk.
Luft som en gassblanding
Etter å ha vurdert spørsmålet om hvordan man finner molfraksjonen til en komponent i en blanding, løser vi følgende problem: regn ut verdiene xi og P i for hver komponent i luften.
Hvis vi vurderer tørr luft, så består den av følgende 4 gasskomponenter:
- nitrogen (78,09 %);
- oksygen (20,95 %);
- argon (0,93 %);
- karbondioksidgass (0,04%).
Fra disse dataene er molfraksjonene for hver gass veldig enkle å beregne. For å gjøre dette er det nok å presentere prosentene i relative termer, som nevnt ovenfor i artikkelen. Da får vi:
xN2=0, 7809;
xO2=0, 2095;
xAr=0, 0093;
xCO2=0, 0004.
Delvis pressvi beregner disse luftkomponentene, gitt at atmosfærisk trykk ved havnivå er 101 325 Pa eller 1 atm. Da får vi:
PN2=xN2 P=0,7809 atm.;
PO2=xO2 P=0, 2095 atm.;
PAr=xAr P=0,0093 atm.;
PCO2=xCO2 P=0,0004 atm.
Disse dataene betyr at hvis du fjerner alt oksygen og andre gasser fra atmosfæren, og bare lar nitrogen være igjen, vil trykket synke med 22%.
Å kjenne til parti altrykket til oksygen spiller en viktig rolle for folk som dykker under vann. Så hvis det er mindre enn 0,16 atm., mister personen umiddelbart bevisstheten. Tvert imot overstiger parti altrykket av oksygen merket på 1,6 atm. fører til forgiftning med denne gassen, som er ledsaget av kramper. Dermed bør et sikkert parti altrykk av oksygen for menneskeliv ligge innenfor 0,16 - 1,6 atm.
