Молярный объем газа.
Из положений о том, что один моль любого вещества включает число частиц этого вещества, равное числу Авогадро, и что равные числа частиц различных газов при одинаковых физических условиях содержатся в равных объемах этих газов, вытекает следствие:
равные количества любых газообразных веществ при одинаковых физических условиях занимают равные объемы
Например, объем одного моль любого газа имеет (при p, T = const) одно и то же значение. Следовательно, уравнение реакции, протекающей с участием газов, задает не только соотношение их количеств и масс, но и объемов.
молярный объем газа (VM) - это объем газа в котором содержится 1 моль частиц этого газа
VM |
= |
V |
----- |
||
n |
Единица молярного объема газа в СИ - кубический метр на моль (м3/моль), но чаще используют дольные единицы - литр (кубический дециметр) на моль (л/моль, дм3/моль) и мллилитр (кубический сантиметр) на моль (см3/моль). В соответствии с определением молярного объема дял любого газа отношение его объема V к количеству n будет одинаковым при условии, что это идеальный газ.
При нормальных условиях (н.у.) - 101,3 кПа, 0°С - молярный объем идеального газа равен
VM = 2,241381·10-2 м3/моль ≈ 22.4 л/моль
В химических расчетах используется округленное значение 22,4 л/моль, поскольку точное значение относится к идеальному газу, а большинство реальных газов по свойствам отличаются от него. Так, реальные газы с очень низкой температурой равновесной конденсации (H2, O2, N2) при нормальных условиях имеют объем, почти равный 22,4 л/моль, а газы, конденсирующиеся при высоких температурах, имеют несколько меньшее значение молярного объема при н.у.: для CO2 - 22.26 л/моль, для NH3 - 22,08 л/моль.
Зная объем некоторого газа при заданных условиях, можно определить количество веществ в этом объеме, и наоборот, по количеству вещества в данной порции газа можно найти объем этой порции:
n |
= |
V |
V |
= |
VM·n |
----- |
|||||
VM |
Молярный объем газа при н.у. - фундаментальная физическая постоянная, которая широко используется в химических расчетах. Она позволяет применять объем газа вместо его массы, что очень удобно в аналитической химии (газоанализаторы основанные на измерении объема), поскольку легче измерить объем газа, чем его массу.
Значение молярного объема газа при н.у. является коэффициентом пропорциональности между постоянными Авогадро и Лошмидта:
VM |
= |
NA |
= |
6.02·1023 (моль-1) |
= |
2,24·104 (см3/моль) |
----- |
--------------------- |
|||||
NL |
2.69·1019 (см-3) |
Используя значения молярного объема и молярную массу газа можно определить плотность газа:
ρ |
= |
M |
----- |
||
VM |
В расчетах, основанных на законе эквивалентов для газообразных веществ (реагентов, продуктов) вместо эквивалентной массы удобнее применятьэквивалентный объем, который предстваляет собой отношение объема порции данного газа к эквивалентному количеству вещества в этой порции:
Veq |
= |
V |
= |
V |
= |
VM |
(p, T = const) |
----- |
----- |
----- |
|||||
neq |
zn |
z |
Единица эквивалентного объема совпадает с единицей молярного объема. Значение эквивалентного объема газа является константой данного газа только в конкретной реакции, так как зависит от фактора эквивалентности feq.