Koncentration av ideala gasmolekyler. Formler och provproblem

2024 Författare: Angel Austin | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-02 17:56

Gas har en hög reaktivitet jämfört med flytande och fasta kroppar på grund av den stora ytan av dess aktiva yta och den höga kinetiska energin hos de partiklar som bildar systemet. I det här fallet beror gasens kemiska aktivitet, dess tryck och några andra parametrar på koncentrationen av molekyler. Låt oss i den här artikeln överväga vad detta värde är och hur det kan beräknas.

Vilken gas pratar vi om?

Den här artikeln kommer att överväga de så kallade idealgaserna. De försummar storleken på partiklarna och interaktionen mellan dem. Den enda process som sker i ideala gaser är elastiska kollisioner mellan partiklar och kärlväggar. Resultatet av dessa kollisioner är ett absolut tryck.

All verklig gas närmar sig idealisk i sina egenskaper om dess tryck eller densitet sänks och dess absoluta temperatur höjs. Ändå finns det kemikalier som, även vid låga densiteter och högatemperaturerna är långt ifrån idealisk gas. Ett slående och välkänt exempel på ett sådant ämne är vattenånga. Faktum är att dess molekyler (H_{2O) är mycket polära (syre drar bort elektrontätheten från väteatomer). Polaritet leder till en betydande elektrostatisk interaktion mellan dem, vilket är ett grovt brott mot konceptet med en idealisk gas.}

Universal Law of Clapeyron-Mendeleev

För att kunna beräkna koncentrationen av molekyler i en idealgas bör man bekanta sig med lagen som beskriver tillståndet för alla idealgassystem, oavsett dess kemiska sammansättning. Denna lag bär namnen på fransmannen Emile Clapeyron och den ryske vetenskapsmannen Dmitri Mendeleev. Motsvarande ekvation är:

PV=nRT.

Equality säger att produkten av tryck P och volym V alltid måste vara direkt proportionell mot produkten av absolut temperatur T och mängden ämne n för en idealgas. Här är R proportionalitetskoefficienten, som kallas den universella gaskonstanten. Den visar hur mycket arbete 1 mol gas gör som ett resultat av expansion om den värms upp med 1 K (R=8, 314 J/(molK)).

Koncentration av molekyler och dess beräkning

Koncentrationen av atomer eller molekyler förstås enligt definitionen som antalet partiklar i systemet, som faller per volymenhet. Matematiskt kan du skriva:

c_N=N/V.

Där N är det totala antalet partiklar i systemet.

Innan vi skriver ner formeln för att bestämma koncentrationen av gasmolekyler, låt oss komma ihåg definitionen av mängden ämne n och uttrycket som relaterar värdet på R till Boltzmann-konstanten k_B:

n=N/N_A;

k_B=R/N_A.

Med hjälp av dessa likheter uttrycker vi N/V-förhållandet från den universella tillståndsekvationen:

PV=nRT=>

PV=N/N_ART=Nk_BT=>

c_N=N/V=P/(k_BT).

Så vi fick formeln för att bestämma koncentrationen av partiklar i en gas. Som du kan se är den direkt proportionell mot trycket i systemet och omvänt proportionell mot den absoluta temperaturen.

Eftersom antalet partiklar i systemet är stort är koncentrationen c_N obekväm att använda när man utför praktiska beräkningar. Istället används den molära koncentrationen c _{oftare. Den definieras för en idealisk gas enligt följande:}

c_{=n/V=P/(R T).}

Exempelproblem

Det är nödvändigt att beräkna molkoncentrationen av syremolekyler i luften under normala förhållanden.

För att lösa detta problem, kom ihåg att luft innehåller 21 % syre. I enlighet med D altons lag skapar syre ett parti altryck på 0,21P₀, där P₀=101325 Pa (en atmosfär). Normala förhållanden antar också en temperatur på 0 ^{oC(273,15 K).}

Vi känner till alla nödvändiga parametrar för att beräkna den molära koncentrationen av syre i luften. Vi får:

c(O₂)=P/(R T)=0,21101325/(8,314273, 15)=9,37 mol/m^3.

Om denna koncentration reduceras till en volym av 1 liter, får vi värdet 0,009 mol/L.

För att förstå hur många O₂ molekyler som finns i 1 liter luft, multiplicera den beräknade koncentrationen med talet N_A. Efter att ha slutfört denna procedur får vi ett enormt värde: N(O₂)=5, 6410^21molecules.