Concentrația de molecule într-un gaz ideal. Formule și exemple de sarcini

gazele sunt foarte reactive în comparație cu lichidele și solidele din cauza suprafeței active mari a gazului și a energiei cinetice ridicate a particulelor care alcătuiesc sistemul. Activitatea chimică a gazului, presiunea acestuia și alți parametri depind de concentrația moleculelor. Să vedem în acest articol ce este această cantitate și cum o putem calcula.

Despre ce gaz este vorba??

În acest articol, vom discuta despre așa-numitele gaze ideale. Acestea neglijează dimensiunea particulelor și interacțiunea dintre ele. Singurul proces care are loc în gazele ideale este o coliziune elastică între particule și pereții vasului. Rezultatul acestor ciocniri este o presiune absolută.

Orice gaz real își apropie proprietățile de cele ale unui gaz ideal prin scăderea presiunii sau a densității și creșterea presiunii sau a densității temperatura absolută. Cu toate acestea, există unele substanțe chimice care, chiar și la densități scăzute și temperaturi ridicate, sunt departe de a fi un gaz ideal. Un exemplu clar și bine cunoscut al unei astfel de substanțe este vaporii de apă. Faptul că moleculele sale (H₂O) sunt puternic polare (oxigenul îndepărtează densitatea de electroni de atomii de hidrogen). Polaritatea duce la o interacțiune electrostatică substanțială între ele, ceea ce reprezintă o încălcare flagrantă a conceptului de gaz ideal.

Legea universală Clapeyron-Mendeleev

Pentru a putea calcula concentrația moleculelor de gaz ideal, trebuie să ne familiarizăm cu legea care descrie starea oricărui sistem de gaz ideal, indiferent de compoziția sa chimică. Această lege poartă numele francezului Emile Clapeyron și al savantului rus Dmitri Mendeleev. Ecuația corespunzătoare are forma:

P*V = n*R*T.

Egalitatea arată că produsul dintre presiunea P și volumul V pentru un gaz ideal trebuie să fie întotdeauna direct proporțional cu produsul dintre temperatura absolută T și cantitatea de substanță n. Aici R este coeficientul de proporționalitate, care a fost numit constanta universală a gazelor. Dă valoarea lucrului pe care 1 mol de gaz îl efectuează ca urmare a dilatării, atunci când este încălzit cu 1 K [R = 8,314 J/(mol*K)].

Concentrația moleculelor și calculul acesteia

Conform acestei definiții, concentrația de atomi sau molecule este numărul de particule din sistem exprimat pe unitatea de volum. Matematic putem scrie:

c_N = N/V.

unde N este numărul total de particule din sistem.

Înainte de a scrie formula de determinare a concentrației moleculelor de gaz, reamintim definiția cantității de substanță n și expresia, care leagă valoarea lui R de constanta Boltzmann k_B:

n = N/N_A;

k_B = R/N_A.

Folosind aceste ecuații, să exprimăm raportul N/V din ecuația universală de stare:

P*V = n*R*T>

P*V = N/N_A*R*T = N*k_B*T =>

c_N = N/V = P/(k_B*T).

Astfel, am obținut o formulă pentru determinarea concentrației de particule în gaz. După cum puteți vedea, depinde direct de presiunea din sistem și invers de temperatura absolută.

Deoarece numărul de particule din sistem este mare, concentrația c_N este incomod de utilizat în calculele practice. În schimb, concentrația molară c_n. Acesta este pentru un ideal de gaz se determină după cum urmează:

c_n = n/V = P/(R *T).

Exemplu de sarcină

Trebuie calculată concentrația molară a moleculelor de oxigen din aer în condiții normale.

Pentru a rezolva această problemă, amintiți-vă că aerul conține 21% oxigen. În conformitate cu legea lui Dalton, oxigenul creează o presiune parțială de 0,21*P₀, unde P₀ = 101325 Pa (o atmosferă). Condițiile normale presupun, de asemenea, o temperatură de 0 ^oC (273,15 K).

Cunoaștem toți parametrii necesari pentru a calcula concentrația molară a oxigenului în aer. Se obține:

c_n(O₂) = P/(R *T) = 0,21*101325/(8,314*273,15) = 9,37 mol/m³.

Dacă convertim această concentrație la un volum de 1 litru, obținem o valoare de 0,009 mol/L.

Pentru a ști câte molecule de O₂ conținută într-un litru de aer, se înmulțește concentrația calculată cu numărul N_A. Efectuând această procedură obținem o valoare uriașă: N(O₂) = 5,64*10²¹ de molecule.