Ideaalsete gaasimolekulide kontsentratsioon. Valemid ja näidisprobleem

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-02 17:45

Gaasil on kõrge reaktsioonivõime võrreldes vedelate ja tahkete kehadega tänu selle aktiivse pinna suurele pindalale ja süsteemi moodustavate osakeste suurele kineetilisele energiale. Sel juhul sõltuvad gaasi keemiline aktiivsus, selle rõhk ja mõned muud parameetrid molekulide kontsentratsioonist. Vaatleme selles artiklis, mis see väärtus on ja kuidas seda arvutada.

Millest gaasist me räägime?

Selles artiklis käsitletakse niinimetatud ideaalseid gaase. Nad eiravad osakeste suurust ja nendevahelist koostoimet. Ainus protsess, mis ideaalgaasides toimub, on elastsed kokkupõrked osakeste ja anuma seinte vahel. Nende kokkupõrgete tulemuseks on absoluutne surve.

Iga tegelik gaas läheneb oma omadustelt ideaalsele, kui selle rõhku või tihedust vähendatakse ja absoluuttemperatuuri tõstetakse. Sellest hoolimata on kemikaale, mis isegi madala tihedusega ja kõrgeltemperatuurid on ideaalsest gaasist kaugel. Sellise aine silmatorkav ja tuntud näide on veeaur. Fakt on see, et selle molekulid (H_{2O) on väga polaarsed (hapnik tõmbab elektronide tiheduse vesinikuaatomitelt eemale). Polaarsus põhjustab nende vahel märkimisväärse elektrostaatilise vastasmõju, mis on ideaalse gaasi kontseptsiooni jäme rikkumine.}

Clapeyroni-Mendelejevi universaalne seadus

Ideaalse gaasi molekulide kontsentratsiooni arvutamiseks tuleks tutvuda seadusega, mis kirjeldab iga ideaalse gaasisüsteemi olekut, olenemata selle keemilisest koostisest. See seadus kannab prantslase Emile Clapeyroni ja vene teadlase Dmitri Mendelejevi nimesid. Vastav võrrand on:

PV=nRT.

Võrdsus ütleb, et rõhu P ja ruumala V korrutis peab ideaalse gaasi korral olema alati võrdeline absoluutse temperatuuri T ja aine koguse n korrutisega. Siin on R proportsionaalsustegur, mida nimetatakse universaalseks gaasikonstandiks. See näitab töö mahtu, mida 1 mol gaasi teeb paisumise tulemusena, kui seda kuumutatakse 1 K võrra (R=8, 314 J/(molK)).

Molekulide kontsentratsioon ja selle arvutamine

Definitsiooni järgi mõistetakse aatomite või molekulide kontsentratsiooni all süsteemis olevate osakeste arvu, mis langeb ruumalaühiku kohta. Matemaatiliselt võite kirjutada:

c_N=N/V.

Kus N on osakeste koguarv süsteemis.

Enne gaasimolekulide kontsentratsiooni määramise valemi üleskirjutamist tuletame meelde aine n koguse määratlust ja avaldist, mis seob R väärtuse Boltzmanni konstandiga k_B:

n=N/N_A;

k_B=R/N_A.

Neid võrdusi kasutades väljendame N/V suhte universaalsest olekuvõrrandist:

PV=nRT=>

PV=N/N_ART=Nk_BT=>

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

Nii saime valemi osakeste kontsentratsiooni määramiseks gaasis. Nagu näete, on see otseselt võrdeline rõhuga süsteemis ja pöördvõrdeline absoluutse temperatuuriga.

Kuna osakeste arv süsteemis on suur, siis kontsentratsiooni c_N on praktiliste arvutuste tegemisel ebamugav kasutada. Selle asemel kasutatakse sagedamini molaarset kontsentratsiooni c_{. Ideaalse gaasi jaoks on see defineeritud järgmiselt:}

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

Näidisprobleem

Tavalistes tingimustes on vaja arvutada hapniku molekulide molaarne kontsentratsioon õhus.

Selle probleemi lahendamiseks pidage meeles, et õhk sisaldab 21% hapnikku. Vastav alt D altoni seadusele tekitab hapnik osarõhu 0,21P₀, kus P₀=101325 Pa (üks atmosfäär). Tavatingimustes eeldatakse ka temperatuuri 0 ^{oC(273,15 K).}

Me teame kõiki vajalikke parameetreid õhu hapniku molaarse kontsentratsiooni arvutamiseks. Saame:

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

Kui seda kontsentratsiooni vähendada 1 liitrini, saame väärtuseks 0,009 mol/L.

Et mõista, kui palju O₂ molekule sisaldub 1 liitris õhus, korrutage arvutatud kontsentratsioon arvuga N_A. Pärast selle protseduuri lõpetamist saame suure väärtuse: N(O₂)=5, 6410^21molekulid.