Gas het 'n hoë reaktiwiteit in vergelyking met vloeibare en vaste liggame as gevolg van die groot area van sy aktiewe oppervlak en die hoë kinetiese energie van die deeltjies wat die stelsel vorm. In hierdie geval hang die chemiese aktiwiteit van die gas, sy druk en 'n paar ander parameters af van die konsentrasie van molekules. Kom ons kyk in hierdie artikel wat hierdie waarde is en hoe dit bereken kan word.
Van watter gas praat ons?
Hierdie artikel sal die sogenaamde ideale gasse oorweeg. Hulle verwaarloos die grootte van die deeltjies en die interaksie tussen hulle. Die enigste proses wat in ideale gasse plaasvind, is elastiese botsings tussen deeltjies en vatwande. Die gevolg van hierdie botsings is 'n absolute druk.
Enige werklike gas benader ideaal in sy eienskappe as sy druk of digtheid verminder word en sy absolute temperatuur verhoog word. Nietemin, daar is chemikalieë wat, selfs teen lae digthede en hoëtemperature is ver van ideale gas. 'n Treffende en bekende voorbeeld van so 'n stof is waterdamp. Die feit is dat sy molekules (H2O) hoogs polêr is (suurstof trek elektrondigtheid weg van waterstofatome). Polariteit lei tot 'n beduidende elektrostatiese interaksie tussen hulle, wat 'n growwe skending van die konsep van 'n ideale gas is.
Universele wet van Clapeyron-Mendeleev
Om die konsentrasie van molekules van 'n ideale gas te kan bereken, moet 'n mens kennis maak met die wet wat die toestand van enige ideale gasstelsel beskryf, ongeag die chemiese samestelling daarvan. Hierdie wet dra die name van die Fransman Emile Clapeyron en die Russiese wetenskaplike Dmitri Mendeleev. Die ooreenstemmende vergelyking is:
PV=nRT.
Equality sê dat die produk van druk P en volume V altyd direk eweredig moet wees aan die produk van absolute temperatuur T en die hoeveelheid stof n vir 'n ideale gas. Hier is R die koëffisiënt van proporsionaliteit, wat die universele gaskonstante genoem word. Dit toon die hoeveelheid werk wat 1 mol gas verrig as gevolg van uitsetting as dit verhit word met 1 K (R=8, 314 J/(molK)).
Konsentrasie van molekules en die berekening daarvan
Volgens die definisie word die konsentrasie van atome of molekules verstaan as die aantal deeltjies in die sisteem, wat per eenheidsvolume val. Wiskundig kan jy skryf:
cN=N/V.
Waar N die totale aantal deeltjies in die stelsel is.
Voordat ons die formule neerskryf vir die bepaling van die konsentrasie van gasmolekules, kom ons onthou die definisie van die hoeveelheid stof n en die uitdrukking wat die waarde van R met die Boltzmann-konstante kB in verband bring:
n=N/NA;
kB=R/NA.
Deur hierdie gelykhede te gebruik, druk ons die N/V-verhouding uit die universele toestandsvergelyking:
PV=nRT=>
PV=N/NART=NkBT=>
cN=N/V=P/(kBT).
Ons het dus die formule gekry om die konsentrasie van deeltjies in 'n gas te bepaal. Soos jy kan sien, is dit direk eweredig aan die druk in die sisteem en omgekeerd eweredig aan die absolute temperatuur.
Aangesien die aantal deeltjies in die stelsel groot is, is die konsentrasie cN ongerieflik om te gebruik wanneer praktiese berekeninge uitgevoer word. In plaas daarvan word die molêre konsentrasie c meer gereeld gebruik. Dit word soos volg vir 'n ideale gas gedefinieer:
c=n/V=P/(R T).
Voorbeeldprobleem
Dit is nodig om die molêre konsentrasie van suurstofmolekules in die lug onder normale toestande te bereken.
Om hierdie probleem op te los, onthou dat lug 21% suurstof bevat. In ooreenstemming met D alton se wet, skep suurstof 'n gedeeltelike druk van 0.21P0, waar P0=101325 Pa (een atmosfeer). Normale toestande aanvaar ook 'n temperatuur van 0 oC(273,15 K).
Ons ken al die nodige parameters om die molêre konsentrasie suurstof in die lug te bereken. Ons kry:
c(O2)=P/(R T)=0.21101325/(8.314273, 15)=9,37 mol/m3.
As hierdie konsentrasie tot 'n volume van 1 liter verminder word, kry ons die waarde 0.009 mol/L.
Om te verstaan hoeveel O2 molekules in 1 liter lug voorkom, vermenigvuldig die berekende konsentrasie met die getal NA. Nadat ons hierdie prosedure voltooi het, kry ons 'n groot waarde: N(O2)=5, 641021molecules.
