Som du ved, er de molekyler og atomer, der udgør genstandene omkring os, meget små. For at udføre beregninger under kemiske reaktioner, samt at analysere adfærden af en blanding af ikke-interagerende komponenter i væsker og gasser, bruges begrebet molfraktioner. Hvad de er, og hvordan de kan bruges til at opnå de makroskopiske fysiske mængder af en blanding, diskuteres i denne artikel.
Avogadros nummer
I begyndelsen af det 20. århundrede målte den franske videnskabsmand Jean Perrin, mens han udførte eksperimenter med gasblandinger, antallet af H2-molekyler indeholdt i 1 gram af denne gas. Dette tal viste sig at være et stort tal (6.0221023). Da det er ekstremt ubelejligt at udføre beregninger med sådanne tal, foreslog Perrin et navn for denne værdi - Avogadros tal. Dette navn blev valgt til ære for den italienske videnskabsmand fra det tidlige 19. århundrede, Amedeo Avogadro, der ligesom Perrin studerede blandinger af gasser og endda var i stand til at formulerefor dem, loven, der i øjeblikket bærer hans efternavn.
Avogadros nummer er i øjeblikket meget brugt i undersøgelsen af forskellige stoffer. Den forbinder makroskopiske og mikroskopiske karakteristika.
Mængde af stof og molær masse
I 60'erne introducerede International Chamber of Weights and Measures den syvende grundlæggende måleenhed i systemet af fysiske enheder (SI). Det blev en møl. Muldvarpen viser antallet af grundstoffer, der udgør det pågældende system. En muldvarp er lig med Avogadros tal.
Molar masse er vægten af et mol af et givet stof. Det måles i gram per mol. Den molære masse er en additiv mængde, det vil sige for at bestemme den for en bestemt kemisk forbindelse, er det nødvendigt at tilføje molmasserne af de kemiske elementer, der udgør denne forbindelse. For eksempel er den molære masse af methan (CH4):
MCH4=MC + 4MH=12 + 41=16 g/mol.
Det vil sige, 1 mol metanmolekyler vil have en masse på 16 gram.
molbrøkkoncept
Rene stoffer er sjældne i naturen. For eksempel er forskellige urenheder (s alte) altid opløst i vand; Luften på vores planet er en blanding af gasser. Med andre ord er ethvert stof i flydende og gasformig tilstand en blanding af forskellige elementer. Molbrøken er en værdi, der viser, hvilken del i molækvivalent der er optaget af en eller anden komponent iblandinger. Hvis mængden af stoffet i hele blandingen er angivet som n, og mængden af stoffet i komponent i er angivet som ni, så kan følgende ligning skrives:
xi=ni / n.
Her er xi molfraktionen af komponent i for denne blanding. Som det kan ses, er denne mængde dimensionsløs. For alle komponenter i blandingen er summen af deres molfraktioner udtrykt med formlen som følger:
∑i(xi)=1.
Det er ikke svært at få denne formel. For at gøre dette skal du blot erstatte det forrige udtryk med xi.
i det
Atomisk interesse
Når man løser problemer i kemi, er startværdierne ofte angivet i atomprocent. For eksempel i en blanding af oxygen og brint er sidstnævnte 60 atomprocent. Det betyder, at ud af 10 molekyler i blandingen vil 6 svare til brint. Da molfraktionen er forholdet mellem antallet af komponentatomer og deres samlede antal, er atomprocenter synonyme med det pågældende begreb.
Konverteringen af aktier til atomprocenter udføres ved blot at øge dem med to størrelsesordener. For eksempel svarer 0,21 molfraktion ilt i luft til 21 atomer.
Ideel gas
Begrebet molfraktioner bruges ofte til at løse problemer med gasblandinger. De fleste gasser under normale forhold (temperatur 300 K og tryk 1 atm.) er ideelle. Det betyder, at atomerne og molekylerne, der udgør gassen, er i stor afstand fra hinanden og ikke interagerer med hinanden.
For ideelle gasser er følgende tilstandsligning gyldig:
PV=nRT.
Her er P, V og T tre makroskopiske termodynamiske karakteristika: henholdsvis tryk, volumen og temperatur. Værdien R=8, 314 J / (Kmol) er en konstant for alle gasser, n er antallet af partikler i mol, det vil sige mængden af stof.
Tilstandsligningen viser, hvordan en af de tre makroskopiske gaskarakteristika (P, V eller T) vil ændre sig, hvis den anden af dem er fast, og den tredje ændres. For eksempel vil trykket ved en konstant temperatur være omvendt proportion alt med gassens volumen (Boyle-Mariottes lov).
Det mest bemærkelsesværdige ved den skrevne formel er, at den ikke tager højde for den kemiske natur af gassens molekyler og atomer, det vil sige, at den er gyldig for både rene gasser og deres blandinger.
D altons lov og delvist pres
Hvordan beregner man molfraktionen af en gas i en blanding? For at gøre dette er det tilstrækkeligt at kende det samlede antal partikler og deres antal for den pågældende komponent. Du kan dog gøre andet.
Molfraktionen af en gas i en blanding kan findes ved at kende dens parti altryk. Sidstnævnte forstås som det tryk, som en given komponent i gasblandingen ville skabe, hvis det var muligt at fjerne alle andre komponenter. Hvis vi angiver parti altrykket for den i-te komponent som Pi, og trykket af hele blandingen som P, vil formlen for molfraktionen for denne komponent have formen:
xi=Pi / P.
Fordi beløbetaf alle xi er lig med én, så kan vi skrive følgende udtryk:
∑i(Pi / P)=1, derfor ∑i (Pi)=P.
Den sidste lighed kaldes D altons lov, som er opkaldt efter den britiske videnskabsmand fra det tidlige 19. århundrede, John D alton.
Loven om parti altryk eller D altons lov er en direkte konsekvens af tilstandsligningen for ideelle gasser. Hvis atomer eller molekyler i en gas begynder at interagere med hinanden (dette sker ved høje temperaturer og højt tryk), så er D altons lov uretfærdig. I sidstnævnte tilfælde, for at beregne molfraktionerne af komponenterne, er det nødvendigt at bruge formlen i form af mængden af stof, og ikke i form af parti altryk.
Luft som en gasblanding
Efter at have overvejet spørgsmålet om, hvordan man finder molfraktionen af en komponent i en blanding, løser vi følgende problem: udregn værdierne xi og P i for hver komponent i luften.
Hvis vi betragter tør luft, så består den af følgende 4 gaskomponenter:
- nitrogen (78,09 %);
- oxygen (20,95 %);
- argon (0,93 %);
- kuldioxidgas (0,04%).
Ud fra disse data er molfraktionerne for hver gas meget nemme at beregne. For at gøre dette er det nok at præsentere procenterne i relative termer, som nævnt ovenfor i artiklen. Så får vi:
xN2=0, 7809;
xO2=0, 2095;
xAr=0, 0093;
xCO2=0, 0004.
Delvis trykvi beregner disse luftkomponenter, givet at det atmosfæriske tryk ved havoverfladen er 101 325 Pa eller 1 atm. Så 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 data betyder, at hvis du fjerner al ilt og andre gasser fra atmosfæren og kun efterlader nitrogen, vil trykket falde med 22%.
At kende iltens parti altryk spiller en afgørende rolle for folk, der dykker under vandet. Så hvis det er mindre end 0,16 atm., så mister personen øjeblikkeligt bevidstheden. Tværtimod overstiger parti altrykket af oxygen mærket 1,6 atm. fører til forgiftning med denne gas, som er ledsaget af kramper. Således bør et sikkert parti altryk af ilt for menneskeliv ligge inden for 0,16 - 1,6 atm.
