İdeal gaz moleküllerinin konsantrasyonu. Formüller ve örnek problem

2024 Yazar: Angel Austin | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-02 17:57

Gaz, aktif yüzeyinin geniş alanı ve sistemi oluşturan parçacıkların yüksek kinetik enerjisi nedeniyle sıvı ve katı cisimlere kıyasla yüksek reaktiviteye sahiptir. Bu durumda gazın kimyasal aktivitesi, basıncı ve diğer bazı parametreler moleküllerin konsantrasyonuna bağlıdır. Bu değerin ne olduğunu ve nasıl hesaplanabileceğini bu yazıda ele alalım.

Hangi gazdan bahsediyoruz?

Bu makale sözde ideal gazları ele alacaktır. Parçacıkların boyutunu ve aralarındaki etkileşimi ihmal ederler. İdeal gazlarda meydana gelen tek süreç, parçacıklar ve kap duvarları arasındaki esnek çarpışmalardır. Bu çarpışmaların sonucu mutlak bir basınçtır.

Herhangi bir gerçek gaz, basıncı veya yoğunluğu az altılırsa ve mutlak sıcaklığı artırılırsa, özelliklerinde ideale yaklaşır. Bununla birlikte, düşük yoğunluklarda ve yüksek konsantrasyonlarda bile kimyasallar vardır.sıcaklıklar ideal gazdan uzaktır. Böyle bir maddenin çarpıcı ve iyi bilinen bir örneği su buharıdır. Gerçek şu ki, molekülleri (H_{2O) oldukça polardır (oksijen elektron yoğunluğunu hidrojen atomlarından uzaklaştırır). Polarite, aralarında önemli bir elektrostatik etkileşime yol açar; bu, ideal gaz kavramının büyük bir ihlalidir.}

Clapeyron-Mendeleev'in evrensel yasası

İdeal bir gazın moleküllerinin konsantrasyonunu hesaplayabilmek için, kimyasal bileşiminden bağımsız olarak herhangi bir ideal gaz sisteminin durumunu tanımlayan yasayı bilmek gerekir. Bu yasa, Fransız Emile Clapeyron ve Rus bilim adamı Dmitri Mendeleev'in isimlerini taşıyor. Karşılık gelen denklem:

PV=nRT.

Eşitlik, ideal bir gaz için P basıncının ve V hacminin çarpımının her zaman mutlak sıcaklık T ve n maddesinin miktarı ile doğru orantılı olması gerektiğini söyler. Burada R, evrensel gaz sabiti olarak adlandırılan orantı katsayısıdır. 1 mol gazın 1 K (R=8, 314 J/(molK)) ısıtıldığında genleşme sonucunda yaptığı iş miktarını gösterir.

Moleküllerin konsantrasyonu ve hesaplanması

Tanıma göre, atomların veya moleküllerin konsantrasyonu, sistemdeki birim hacim başına düşen partikül sayısı olarak anlaşılır. Matematiksel olarak şunu yazabilirsiniz:

c_N=N/V.

N, sistemdeki toplam parçacık sayısıdır.

Gaz moleküllerinin konsantrasyonunu belirleme formülünü yazmadan önce, n maddesinin miktarının tanımını ve R'nin değerini Boltzmann sabiti k_{B ile ilişkilendiren ifadeyi hatırlayalım.:}

n=N/N_A;

k_B=R/N_A.

Bu eşitlikleri kullanarak, evrensel durum denkleminden N/V oranını ifade ederiz:

PV=nRT=>

PV=N/N_ART=Nk_BT=>

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

Böylece bir gazdaki parçacıkların konsantrasyonunu belirleme formülünü elde ettik. Gördüğünüz gibi sistemdeki basınç ile doğru orantılı ve mutlak sıcaklık ile ters orantılıdır.

Sistemdeki parçacıkların sayısı fazla olduğundan, c_N konsantrasyonunun pratik hesaplamalar yapılırken kullanılması sakıncalıdır. Bunun yerine, molar konsantrasyon c _{daha sık kullanılır. İdeal bir gaz için şu şekilde tanımlanır:}

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

Örnek problem

Normal koşullar altında havadaki oksijen moleküllerinin molar konsantrasyonunu hesaplamak gerekir.

Bu sorunu çözmek için havanın %21 oksijen içerdiğini unutmayın. D alton yasasına göre oksijen, 0.21P₀'lık bir kısmi basınç oluşturur, burada P₀=101325 Pa (bir atmosfer). Normal koşullar ayrıca 0 ^{oC bir sıcaklık varsayar(273.15 Bin).}

Havadaki molar oksijen konsantrasyonunu hesaplamak için gerekli tüm parametreleri biliyoruz. Şunu elde ederiz:

c(O₂)=P/(R T)=0,21101325/(8.314273, 15)=9.37 mol/m^3.

Bu konsantrasyon 1 litre hacme düşürülürse, 0.009 mol/L değerini alırız.

1 litre havada kaç tane O₂ molekülü bulunduğunu anlamak için hesaplanan konsantrasyonu N_A sayısıyla çarpın. Bu prosedürü tamamladıktan sonra büyük bir değer elde ederiz: N(O₂)=5, 6410^21molecules.