Conceito e fórmula de volume molar, cálculo e exemplos

Ele volume molar É uma propriedade intensiva que indica quanto espaço um mol de uma determinação ou composto ocupa. É representado pelo símbolo V_m, e é expresso em unidades de DM³/mol para gases e cm³/mol para líquidos e sólidos, porque os últimos estão mais confinados por suas maiores forças intermoleculares.

Essa propriedade é recorrente ao estudar sistemas termodinâmicos que envolvem gases; Como, para líquidos e sólidos, as equações para determinar v_m Eles se tornam mais complicados e imprecisos. Portanto, no que diz respeito aos cursos básicos, o volume molar está sempre associado à teoria dos gases ideais.

O volume de uma molécula de etileno é superficialmente limitada pelo elipsóide verde e o número de Avogadro vezes esse valor. Fonte: Gabriel Bolívar.

Isso ocorre porque, para os gases ideais ou perfeitos, os aspectos estruturais são irrelevantes; Todas as suas partículas são visualizadas como esferas que colidem elasticamente entre si e se comportam da mesma maneira, independentemente do que suas massas ou propriedades são.

Assim, uma mole de qualquer gás ideal ocupará, a certa pressão e temperatura, o mesmo volume V_m. Dizem que em condições normais de P e T, 1 atm e 0 ºC, respectivamente, uma toupeira de um gás ideal ocupará um volume de 22,4 litros. Este valor é útil e aproximado, mesmo quando os gases reais são avaliados.

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Conceito e fórmula

Para gases

A fórmula imediata para calcular o volume molar de uma espécie é:

V_m = V/n

Onde v é o volume que ocupa, e n A quantidade de espécies em toupeiras. O problema é que V_m Depende da pressão e temperatura experimentadas pelas moléculas, e uma expressão matemática é desejada para levar em consideração essas variáveis.

Pode atendê -lo: molalidade

O etileno da imagem, h₂C = ch₂, Possui um volume molecular associado e limitado por um elipsóide verde. Isso h₂C = ch₂ Ele pode girar de várias maneiras, que é como se se movesse no espaço, disse Ellipsoid para visualizar quanto volume ocuparia (evidentemente desprezível).

No entanto, se o volume desse elipsóide verde, multiplicarmos por n_PARA, O número Avogadro terá uma toupeira de moléculas de etileno; um mol de elipsóide interagindo entre si. A uma temperatura mais alta, as moléculas se separam uma da outra; Enquanto estava em maior pressão, eles contratarão e reduzirão seu volume.

Portanto, v_m depende de P e T. O etileno é geometria plana, por isso não se pode pensar que é v_m Ser preciso e exatamente o mesmo que o de metano, Cho₄, de geometria tetraédrica e capaz de ser representada com uma esfera e não um elipsóide.

Para líquidos e sólidos

As moléculas ou átomos de líquidos e sólidos também têm seu próprio V_m, que pode estar relacionado à sua densidade:

V_m = m/(d · n)

A temperatura afeta o volume molar mais para líquidos e sólidos do que a pressão, desde que este não varie acentuadamente ou exorbitante (na ordem do GPA). Da mesma forma, como foi mencionado com etileno, geometrias e estruturas moleculares têm uma grande influência nos valores de V_m.

No entanto, em condições normais, observa -se que densidades para diferentes líquidos ou sólidos não variam muito em suas magnitudes; O mesmo vale para seus volumes molares. Observe que quanto mais densos forem, o VI_m.

Em relação aos sólidos, seu volume molar também depende de suas estruturas cristalinas (o volume de sua célula unitária).

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Como calcular o volume molar?

Ao contrário de líquidos e sólidos, para gases ideais, há uma equação que permite calcular V_m dependendo de P e T e de suas mudanças; Isto é, o dos gases ideais:

P = NRT/V

Que é confortável para expressar v/n:

V/n = rt/p

V_m = RT/P

Se usarmos a constante de gás r = 0,082 l · atm · k^-1· Mol^-1, Então as temperaturas devem ser expressas em Kelvin (K) e as pressões nas atmosferas. Observe que é observado aqui por que v_m É uma propriedade intensiva: T e P não têm nada a ver com a massa do gás, mas com seu volume.

Esses cálculos são válidos apenas em condições em que os gases se comportam de perto com a idealidade. No entanto, os valores obtidos através da experimentação têm uma pequena margem em relação aos teóricos.

Exemplos de cálculo de volume molar

Exemplo 1

Você tem um gás e cuja densidade é 8,5,10^-4 g/cm³. Se você tem 16 gramas equivalente a 0,92 moles de y, calcule seu volume molar.

A partir da fórmula de densidade, podemos calcular de que volume e ocupar esses 16 gramas:

V = 16 g/ (8,5,10^-4 g/cm³)

= 18.823,52 cm³ ou 18,82 l

Então v_m É calculado diretamente dividindo este volume entre a quantidade de toupeiras dadas:

V_m = 18,82 l/0,92 mol

= 20,45 l/mol o l · mol^-1 ou dm³· Mol^-1

Exercício 2

No exemplo anterior de e não foi especificado a qualquer momento qual era a temperatura experimentada pelas partículas do referido gás. Supondo que funcionasse com e à pressão atmosférica, calcule a temperatura necessária para comprimi -la no volume molar determinado.

Pode atendê -lo: fator de embalagem

A declaração de exercício é mais longa que sua resolução. Nós nos voltamos para a equação:

V_m = RT/P

Mas limpamos o T, e sabendo que a pressão atmosférica é de 1 atm, resolvemos:

T = v_mP/r

= (20,45 l/mol) (1 atm)/(0,082 l · atm/k · mol)

= 249,39 k

Isto é, uma toupeira e ocupará 20,45 litros a uma temperatura próxima a -23,76 ºC.

Exercício 3

Seguindo os resultados acima, determine V_m a 0 ºC, 25 ° C e a zero absoluto à pressão atmosférica.

Transformando as temperaturas em Kelvin, temos os primeiros 273,17 K, 298,15 K e 0 K. Resolvemos diretamente substituindo a primeira e a segunda temperaturas:

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)

O valor de 22,4 litros foi mencionado no começo. Observe como v_m aumentar com a temperatura. Quando você deseja fazer o mesmo cálculo com zero absoluto, tropeçamos na terceira lei da termodinâmica:

(0,082 L · atm/ k · mol) (0 k)/ 1 atm

= 0 L/mol (-273,15 ºC)

O gás e não pode ter um volume molar não existente; Isso significa que se tornou um líquido e a equação anterior não é mais válida.

Por outro lado, a impossibilidade de calcular v_m Em absoluto zero obedece à terceira lei da termodinâmica, que diz que é impossível resfriar qualquer substância à temperatura do zero absoluto.

Referências

1. Irã. Levine. (2014). Princípios da físico -química. Sexta edição. Mc Graw Hill.
2. Glasstone. (1970). Tratado de Química Física. Segunda edição. Aguilar.
3. Wikipedia. (2019). Volume molar. Recuperado de: em.Wikipedia.org
4. Helmestine, Anne Marie, Ph.D. (8 de agosto de 2019). Definição de volume molar em química. Recuperado de: pensamento.com
5. Byju's. (2019). Fórmula de volume molar. Recuperado de: byjus.com
6. González Mónica. (28 de outubro de 2010). Volume molar. Recuperado de: química.LaGuia2000.com