Vad är molfraktionen av ett ämne? Hur hittar man molfraktionen?

2024 Författare: Angel Austin | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 05:42

Som du vet är molekylerna och atomerna som utgör föremålen runt omkring oss väldigt små. För att utföra beräkningar under kemiska reaktioner, samt för att analysera beteendet hos en blandning av icke-interagerande komponenter i vätskor och gaser, används begreppet molfraktioner. Vad de är och hur de kan användas för att få fram de makroskopiska fysikaliska mängderna av en blandning diskuteras i den här artikeln.

Avogadros nummer

I början av 1900-talet, medan den franske vetenskapsmannen Jean Perrin utförde experiment med gasblandningar, mätte antalet H₂-molekyler i 1 gram av denna gas. Detta nummer visade sig vara ett stort antal (6 02210²³). Eftersom det är extremt obekvämt att utföra beräkningar med sådana siffror, föreslog Perrin ett namn för detta värde - Avogadros nummer. Detta namn valdes för att hedra den italienska forskaren från det tidiga 1800-talet, Amedeo Avogadro, som precis som Perrin studerade blandningar av gaser och till och med kunde formuleraför dem, lagen som för närvarande bär hans efternamn.

Avogadros nummer används för närvarande flitigt vid studier av olika ämnen. Den länkar samman makroskopiska och mikroskopiska egenskaper.

Mängd substans och molmassa

På 60-talet introducerade International Chamber of Weights and Measures den sjunde grundläggande måttenheten i systemet med fysiska enheter (SI). Det blev en mal. Mullvaden visar antalet element som utgör systemet i fråga. En mol är lika med Avogadros tal.

Molar massa är vikten av en mol av ett givet ämne. Det mäts i gram per mol. Molmassan är en additiv kvantitet, det vill säga för att bestämma den för en viss kemisk förening är det nödvändigt att lägga till molmassorna för de kemiska elementen som utgör denna förening. Till exempel är molmassan för metan (CH₄):

M_CH4=M_C + 4M_H=12 + 41=16 g/mol.

Det vill säga, 1 mol metanmolekyler kommer att ha en massa på 16 gram.

Mullbråkkoncept

Rena ämnen är sällsynta i naturen. Till exempel löses alltid olika föroreningar (s alter) i vatten; Luften på vår planet är en blandning av gaser. Med andra ord är varje ämne i flytande och gasformigt tillstånd en blandning av olika element. Molfraktionen är ett värde som visar vilken del av molekvivalenten som upptas av en eller annan komponent iblandningar. Om mängden av ämnet i hela blandningen betecknas som n, och mängden av ämnet i komponent i betecknas som n_i, så kan följande ekvation skrivas:

x_i=n_i / n.

Här är x_i molfraktionen av komponent i för denna blandning. Som kan ses är denna mängd dimensionslös. För alla komponenter i blandningen uttrycks summan av deras molfraktioner med formeln enligt följande:

∑_i(x_i)=1.

Det är inte svårt att få den här formeln. För att göra detta, byt bara ut x_i.

i det föregående uttrycket

Atomintresse

När man löser problem inom kemi, anges ofta initialvärdena i atomprocent. Till exempel, i en blandning av syre och väte, är den senare 60 atomprocent. Det betyder att av 10 molekyler i blandningen kommer 6 att motsvara väte. Eftersom molfraktionen är förhållandet mellan antalet komponentatomer och deras totala antal, är atomprocent synonyma med begreppet i fråga.

Omvandlingen av aktier till atomära procentsatser görs genom att helt enkelt öka dem med två storleksordningar. Till exempel motsvarar 0,21 molfraktion syre i luft 21 atomer.

Ideal gas

Begreppet molfraktioner används ofta för att lösa problem med gasblandningar. De flesta gaser under normala förhållanden (temperatur 300 K och tryck 1 atm.) är idealiska. Det betyder att atomerna och molekylerna som utgör gasen ligger på stort avstånd från varandra och inte interagerar med varandra.

För idealgaser är följande tillståndsekvation giltig:

PV=nRT.

Här är P, V och T tre makroskopiska termodynamiska egenskaper: tryck, volym respektive temperatur. Värdet R=8, 314 J / (Kmol) är en konstant för alla gaser, n är antalet partiklar i mol, det vill säga mängden ämne.

Tillståndsekvationen visar hur en av de tre makroskopiska gasegenskaperna (P, V eller T) kommer att förändras om den andra av dem är fixerad och den tredje ändras. Till exempel, vid en konstant temperatur kommer trycket att vara omvänt proportionellt mot gasens volym (Boyle-Mariottes lag).

Det mest anmärkningsvärda med den skrivna formeln är att den inte tar hänsyn till den kemiska naturen hos gasens molekyler och atomer, det vill säga den är giltig för både rena gaser och deras blandningar.

D altons lag och partiellt tryck

Hur beräknar man molfraktionen av en gas i en blandning? För att göra detta är det tillräckligt att känna till det totala antalet partiklar och deras antal för den aktuella komponenten. Du kan dock göra annat.

Molfraktionen av en gas i en blandning kan hittas genom att känna till dess parti altryck. Det senare förstås som det tryck som en given komponent i gasblandningen skulle skapa om det var möjligt att avlägsna alla andra komponenter. Om vi anger parti altrycket för den i:te komponenten som P_i, och trycket för hela blandningen som P, kommer formeln för molfraktionen för denna komponent att ha formen:

x_i=P_i / P.

Because the summaav alla x_i är lika med en, då kan vi skriva följande uttryck:

∑_i(P_i / P)=1, därav ∑_i (P_i)=P.

Den sista jämlikheten kallas D altons lag, som är så uppkallad efter den brittiska vetenskapsmannen från tidigt 1800-tal, John D alton.

Lagen om parti altryck eller D altons lag är en direkt konsekvens av tillståndsekvationen för ideala gaser. Om atomer eller molekyler i en gas börjar interagera med varandra (detta händer vid höga temperaturer och högt tryck), då är D altons lag orättvis. I det senare fallet, för att beräkna komponenternas molfraktioner, är det nödvändigt att använda formeln i termer av mängden ämne, och inte i termer av parti altryck.

Luft som en gasblandning

Efter att ha funderat på frågan om hur man hittar molfraktionen av en komponent i en blandning, löser vi följande problem: beräkna värdena x_i och P i _{för varje komponent i luften.}

Om vi betraktar torr luft, så består den av följande 4 gaskomponenter:

kväve (78,09 %);
oxygen (20,95 %);
argon (0,93 %);
koldioxidgas (0,04%).

Från dessa data är molfraktionerna för varje gas mycket lätta att beräkna. För att göra detta räcker det att presentera procenttalen i relativa termer, som nämnts ovan i artikeln. Då får vi:

x_N2=0, 7809;

x_O2=0, 2095;

x_Ar=0, 0093;

x_CO2=0, 0004.

Deltryckvi beräknar dessa luftkomponenter, givet att atmosfärstrycket vid havsnivån är 101 325 Pa eller 1 atm. Då får vi:

P_N2=x_N2 P=0,7809 atm.;

P_O2=x_O2 P=0, 2095 atm.;

P_Ar=x_Ar P=0,0093 atm.;

P_CO2=x_CO2 P=0,0004 atm.

De här uppgifterna betyder att om du tar bort allt syre och andra gaser från atmosfären, och bara lämnar kväve, kommer trycket att sjunka med 22%.

Att känna till syreparti altrycket spelar en viktig roll för människor som dyker under vattnet. Så om det är mindre än 0,16 atm., förlorar personen omedelbart medvetandet. Tvärtom överstiger parti altrycket av syre markeringen på 1,6 atm. leder till förgiftning med denna gas, som åtföljs av kramper. Således bör ett säkert parti altryck av syre för människoliv ligga inom 0,16 - 1,6 atm.