Soos jy weet, is die molekules en atome waaruit die voorwerpe om ons bestaan baie klein. Om berekeninge tydens chemiese reaksies uit te voer, asook om die gedrag van 'n mengsel van nie-interaksie komponente in vloeistowwe en gasse te ontleed, word die konsep van molfraksies gebruik. Wat dit is, en hoe dit gebruik kan word om die makroskopiese fisiese hoeveelhede van 'n mengsel te verkry, word in hierdie artikel bespreek.
Avogadro se nommer
Aan die begin van die 20ste eeu, terwyl hy eksperimente met gasmengsels gedoen het, het die Franse wetenskaplike Jean Perrin die aantal H2-molekules gemeet in 1 gram van hierdie gas. Hierdie getal blyk 'n groot getal te wees (6 0221023). Aangesien dit uiters ongerieflik is om berekeninge met sulke syfers uit te voer, het Perrin 'n naam vir hierdie waarde voorgestel - Avogadro se nommer. Hierdie naam is gekies ter ere van die Italiaanse wetenskaplike van die vroeë 19de eeu, Amedeo Avogadro, wat, soos Perrin, mengsels van gasse bestudeer het en selfs in staat was om te formuleervir hulle, die wet wat tans sy van dra.
Avogadro se nommer word tans wyd gebruik in die studie van verskeie stowwe. Dit verbind makroskopiese en mikroskopiese kenmerke.
Hoeveelheid stof en molêre massa
In die 60's het die Internasionale Kamer van Gewigte en Mates die sewende basiese eenheid van meting in die stelsel van fisiese eenhede (SI) ingestel. Dit het 'n mot geword. Die mol wys die aantal elemente waaruit die betrokke sisteem bestaan. Een mol is gelyk aan Avogadro se getal.
Molêre massa is die gewig van een mol van 'n gegewe stof. Dit word gemeet in gram per mol. Die molêre massa is 'n additiewe hoeveelheid, dit wil sê, om dit vir 'n spesifieke chemiese verbinding te bepaal, is dit nodig om die molêre massas van die chemiese elemente waaruit hierdie verbinding bestaan, by te voeg. Byvoorbeeld, die molêre massa van metaan (CH4) is:
MCH4=MC + 4MH=12 + 41=16 g/mol.
Dit wil sê, 1 mol metaanmolekules sal 'n massa van 16 gram hê.
Molbreuk-konsep
Suiwer stowwe is skaars van aard. Verskeie onsuiwerhede (soute) word byvoorbeeld altyd in water opgelos; Die lug van ons planeet is 'n mengsel van gasse. Met ander woorde, enige stof in die vloeibare en gasvormige toestand is 'n mengsel van verskeie elemente. Die molbreuk is 'n waarde wat wys watter deel in molekwivalent deur een of ander komponent inmengsels. As die hoeveelheid van die stof van die hele mengsel as n aangedui word, en die hoeveelheid van die stof van komponent i word aangedui as ni, dan kan die volgende vergelyking geskryf word:
xi=ni / n.
Hier is xi die molfraksie van komponent i vir hierdie mengsel. Soos gesien kan word, is hierdie hoeveelheid dimensieloos. Vir alle komponente van die mengsel word die som van hul molbreuke deur die formule soos volg uitgedruk:
∑i(xi)=1.
Dit is nie moeilik om hierdie formule te kry nie. Om dit te doen, vervang net die vorige uitdrukking vir xi.
daarin
Atoombelang
Wanneer probleme in chemie opgelos word, word die beginwaardes dikwels in atoompersentasie gegee. Byvoorbeeld, in 'n mengsel van suurstof en waterstof is laasgenoemde 60 atoom%. Dit beteken dat uit 10 molekules in die mengsel, 6 sal ooreenstem met waterstof. Aangesien die molfraksie die verhouding van die aantal komponentatome tot hul totale aantal is, is atoompersentasies sinoniem met die betrokke konsep.
Die omskakeling van aandele in atoompersentasies word uitgevoer deur dit eenvoudig met twee ordes van grootte te verhoog. Byvoorbeeld, 0,21 molfraksie suurstof in lug stem ooreen met 21 atoom%.
Ideale gas
Die konsep van molbreuke word dikwels gebruik om probleme met gasmengsels op te los. Die meeste gasse onder normale toestande (temperatuur 300 K en druk 1 atm.) is ideaal. Dit beteken dat die atome en molekules waaruit die gas bestaan op 'n groot afstand van mekaar is en nie met mekaar in wisselwerking tree nie.
Vir ideale gasse is die volgende toestandsvergelyking geldig:
PV=nRT.
Hier is P, V en T drie makroskopiese termodinamiese kenmerke: druk, volume en temperatuur onderskeidelik. Die waarde R=8, 314 J / (Kmol) is 'n konstante vir alle gasse, n is die aantal deeltjies in mol, dit wil sê die hoeveelheid stof.
Die toestandsvergelyking wys hoe een van die drie makroskopiese gaskenmerke (P, V of T) sal verander as die tweede van hulle vasgestel word en die derde verander word. Byvoorbeeld, by 'n konstante temperatuur sal die druk omgekeerd eweredig wees aan die volume van die gas (Boyle-Mariotte wet).
Die merkwaardigste ding van die geskrewe formule is dat dit nie die chemiese aard van die molekules en atome van die gas in ag neem nie, dit wil sê, dit is geldig vir beide suiwer gasse en hul mengsels.
D alton se wet en gedeeltelike druk
Hoe om die molfraksie van 'n gas in 'n mengsel te bereken? Om dit te doen, is dit voldoende om die totale aantal deeltjies en hul aantal vir die komponent wat oorweeg word, te ken. Jy kan egter anders doen.
Die molfraksie van 'n gas in 'n mengsel kan gevind word deur die parsiële druk daarvan te ken. Laasgenoemde word verstaan as die druk wat 'n gegewe komponent van die gasmengsel sou skep as dit moontlik was om alle ander komponente te verwyder. As ons die parsiële druk van die i-de komponent as Pi aanwys, en die druk van die hele mengsel as P, dan sal die formule vir die molfraksie vir hierdie komponent die vorm aanneem:
xi=Pi / P.
Omdat die bedragvan alle xi is gelyk aan een, dan kan ons die volgende uitdrukking skryf:
∑i(Pi / P)=1, vandaar ∑i (Pi)=P.
Die laaste gelykheid word D alton se wet genoem, wat so genoem is na die Britse wetenskaplike van die vroeë 19de eeu, John D alton.
Die wet van parsiële druk of D alton se wet is 'n direkte gevolg van die toestandsvergelyking vir ideale gasse. As atome of molekules in 'n gas met mekaar begin interaksie het (dit gebeur by hoë temperature en hoë druk), dan is D alton se wet onregverdig. In laasgenoemde geval, om die molfraksies van die komponente te bereken, is dit nodig om die formule in terme van die hoeveelheid stof te gebruik, en nie in terme van parsiële druk nie.
Lug as 'n gasmengsel
Nadat ons die vraag oorweeg het hoe om die molfraksie van 'n komponent in 'n mengsel te vind, los ons die volgende probleem op: bereken die waardes xi en P i vir elke komponent in die lug.
As ons droë lug in ag neem, dan bestaan dit uit die volgende 4 gaskomponente:
- stikstof (78,09%);
- suurstof (20,95%);
- argon (0,93%);
- koolstofdioksiedgas (0.04%).
Uit hierdie data is die molbreuke vir elke gas baie maklik om te bereken. Om dit te doen, is dit genoeg om die persentasies in relatiewe terme aan te bied, soos hierbo in die artikel genoem. Dan kry ons:
xN2=0, 7809;
xO2=0, 2095;
xAr=0, 0093;
xCO2=0, 0004.
Gedeeltelike drukons bereken hierdie lugkomponente, gegewe dat die atmosferiese druk op seevlak 101 325 Pa of 1 atm is. Dan kry ons:
PN2=xN2 P=0,7809 atm.;
PO2=xO2 P=0, 2095 atm.;
PAr=xAr P=0,0093 atm.;
PCO2=xCO2 P=0,0004 atm.
Hierdie data beteken dat as jy alle suurstof en ander gasse uit die atmosfeer verwyder, en net stikstof los, die druk met 22% sal daal.
Om die gedeeltelike druk van suurstof te ken, speel 'n belangrike rol vir mense wat onder water duik. Dus, as dit minder as 0,16 atm. is, dan verloor die persoon onmiddellik sy bewussyn. Inteendeel, die gedeeltelike druk van suurstof oorskry die merk van 1,6 atm. lei tot vergiftiging met hierdie gas, wat met stuiptrekkings gepaard gaan. Dus, 'n veilige gedeeltelike druk van suurstof vir menslike lewe behoort binne 0,16 - 1,6 atm te lê.
