Bildiğiniz gibi etrafımızdaki nesneleri oluşturan moleküller ve atomlar çok küçüktür. Kimyasal reaksiyonlar sırasında hesaplamalar yapmak ve sıvılarda ve gazlarda etkileşmeyen bileşenlerin bir karışımının davranışını analiz etmek için mol kesri kavramı kullanılır. Ne oldukları ve bir karışımın makroskopik fiziksel miktarlarını elde etmek için nasıl kullanılabilecekleri bu makalede tartışılmaktadır.
Avogadro'nun numarası
20. yüzyılın başlarında, Fransız bilim adamı Jean Perrin, gaz karışımları ile deneyler yaparken, bu gazın 1 gramında bulunan H2 moleküllerinin sayısını ölçmüştür. Bu sayının çok büyük bir sayı olduğu ortaya çıktı (6,0221023). Bu tür rakamlarla hesaplama yapmak son derece elverişsiz olduğundan, Perrin bu değer için bir isim önerdi - Avogadro'nun sayısı. Bu isim, Perrin gibi gaz karışımlarını inceleyen ve hatta formüle edebilen 19. yüzyılın başlarındaki İtalyan bilim adamı Amedeo Avogadro'nun onuruna seçildi.onlar için şu anda soyadını taşıyan yasa.
Avogadro sayısı şu anda çeşitli maddelerin incelenmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Makroskopik ve mikroskobik özellikleri birbirine bağlar.
Madde miktarı ve molar kütle
60'larda, Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Odası, yedinci temel ölçü birimini fiziksel birimler sistemine (SI) soktu. Güve oldu. Köstebek, söz konusu sistemi oluşturan öğelerin sayısını gösterir. Bir mol, Avogadro sayısına eşittir.
Molar kütle, belirli bir maddenin bir molünün ağırlığıdır. Mol başına gram olarak ölçülür. Molar kütle bir katkı miktarıdır, yani belirli bir kimyasal bileşik için onu belirlemek için bu bileşiği oluşturan kimyasal elementlerin molar kütlelerini eklemek gerekir. Örneğin, metan (CH4) molar kütlesi:
MCH4=MC + 4MH=12 + 41=16 g/mol.
Yani 1 mol metan molekülünün kütlesi 16 gram olacaktır.
Mole kesir kavramı
Saf maddeler doğada nadir bulunur. Örneğin, çeşitli safsızlıklar (tuzlar) her zaman suda çözülür; Gezegenimizin havası bir gaz karışımıdır. Başka bir deyişle, sıvı ve gaz halindeki herhangi bir madde, çeşitli elementlerin bir karışımıdır. Mol fraksiyonu, mol eşdeğerindeki hangi parçanın bir veya başka bir bileşen tarafından işgal edildiğini gösteren bir değerdir.karışımlar. Tüm karışımın madde miktarı n ile ve i bileşeninin madde miktarı ni ile ifade ediliyorsa, aşağıdaki denklem yazılabilir:
xi=ni / n.
Burada xi bu karışım için i bileşeninin mol kesridir. Görüldüğü gibi, bu miktar boyutsuzdur. Karışımın tüm bileşenleri için mol kesirlerinin toplamı aşağıdaki formülle ifade edilir:
∑i(xi)=1.
Bu formülü elde etmek zor değil. Bunu yapmak için, önceki ifadeyi xi.
yerine koymanız yeterlidir.
Atomik ilgi
Kimyada problem çözerken genellikle başlangıç değerleri atomik yüzde olarak verilir. Örneğin, bir oksijen ve hidrojen karışımında, ikincisi atomik olarak %60'tır. Bu, karışımdaki 10 molekülden 6'sının hidrojene karşılık geleceği anlamına gelir. Mol kesri, bileşen atomlarının sayısının toplam sayısına oranı olduğundan, atom yüzdeleri söz konusu kavramla eş anlamlıdır.
Hisselerin atomik yüzdelere dönüştürülmesi, basitçe onları iki büyüklük mertebesi artırarak gerçekleştirilir. Örneğin, havadaki oksijenin 0.21 mol fraksiyonu, atomik %21'e karşılık gelir.
İdeal gaz
Kol kesri kavramı genellikle gaz karışımlarıyla ilgili problemlerin çözümünde kullanılır. Çoğu gaz normal koşullar altında (sıcaklık 300 K ve basınç 1 atm.) idealdir. Bu, gazı oluşturan atomların ve moleküllerin birbirinden çok uzakta olduğu ve birbirleriyle etkileşmediği anlamına gelir.
İdeal gazlar için aşağıdaki durum denklemi geçerlidir:
PV=nRT.
Burada P, V ve T üç makroskopik termodinamik özelliktir: sırasıyla basınç, hacim ve sıcaklık. R=8, 314 J / (Kmol) değeri tüm gazlar için bir sabittir, n mol cinsinden tanecik sayısı yani madde miktarıdır.
Durum denklemi, üç makroskopik gaz özelliğinden (P, V veya T) birinin, ikincisi sabitlenir ve üçüncüsü değiştirilirse nasıl değişeceğini gösterir. Örneğin, sabit bir sıcaklıkta basınç, gazın hacmiyle ters orantılı olacaktır (Boyle-Mariotte yasası).
Yazılı formülle ilgili en dikkat çekici şey, gazın moleküllerinin ve atomlarının kimyasal yapısını dikkate almamasıdır, yani hem saf gazlar hem de karışımları için geçerlidir.
D alton Yasası ve kısmi basınç
Bir karışımdaki bir gazın mol kesri nasıl hesaplanır? Bunu yapmak için, söz konusu bileşen için toplam parçacık sayısını ve bunların sayısını bilmek yeterlidir. Ancak, başka türlü yapabilirsiniz.
Bir karışımdaki bir gazın mol kesri, kısmi basıncı bilinerek bulunabilir. İkincisi, diğer tüm bileşenlerin çıkarılması mümkün olsaydı, gaz karışımının belirli bir bileşeninin yaratacağı basınç olarak anlaşılır. i-inci bileşenin kısmi basıncını Pi ve tüm karışımın basıncını P olarak belirlersek, bu bileşenin mol kesri formülü şu şekilde olur::
xi=Pi / P.
Çünkü miktartüm xi bire eşittir, o zaman aşağıdaki ifadeyi yazabiliriz:
∑i(Pi / P)=1, dolayısıyla ∑i (Pi)=P.
Son eşitlik, D alton yasası olarak adlandırılır ve adını 19. yüzyılın başlarındaki İngiliz bilim adamı John D alton'dan alır.
Kısmi basınç yasası veya D alton yasası, ideal gazlar için durum denkleminin doğrudan bir sonucudur. Bir gazdaki atomlar veya moleküller birbirleriyle etkileşime girmeye başlarsa (bu, yüksek sıcaklıklarda ve yüksek basınçta olur), o zaman D alton yasası haksızdır. İkinci durumda, bileşenlerin mol kesirlerini hesaplamak için, formülü kısmi basınç cinsinden değil, madde miktarı cinsinden kullanmak gerekir.
Gaz karışımı olarak hava
Bir karışımdaki bir bileşenin mol kesrinin nasıl bulunacağı sorusunu düşündükten sonra, şu problemi çözüyoruz: xi ve P değerlerini hesaplayın Havadaki her bileşen için i.
Kuru havayı düşünürsek, aşağıdaki 4 gaz bileşeninden oluşur:
- azot (%78,09);
- oksijen (%20,95);
- argon (%0,93);
- karbondioksit gazı (%0,04).
Bu verilerden, her gaz için mol kesirlerini hesaplamak çok kolaydır. Bunun için yukarıda yazıda bahsedildiği gibi yüzdeleri göreceli olarak sunmak yeterlidir. Sonra şunu elde ederiz:
xN2=0, 7809;
xO2=0, 2095;
xAr=0, 0093;
xCO2=0, 0004.
Kısmi basınçdeniz seviyesindeki atmosferik basıncın 101 325 Pa veya 1 atm olduğu göz önüne alındığında bu hava bileşenlerini hesaplıyoruz. Sonra şunu elde ederiz:
PN2=xN2 P=0,7809 atm.;
PO2=xO2 P=0, 2095 atm.;
PAr=xAr P=0,0093 atm.;
PCO2=xCO2 P=0,0004 atm.
Bu veri, atmosferdeki tüm oksijeni ve diğer gazları çıkarırsanız ve yalnızca nitrojen bırakırsanız, basıncın %22 düşeceği anlamına gelir.
Kısmi oksijen basıncını bilmek, su altına dalan insanlar için hayati bir rol oynar. Yani 0.16 atm'den az ise kişi anında bilincini kaybeder. Aksine, kısmi oksijen basıncı 1,6 atm işaretini aşıyor. konvülsiyonların eşlik ettiği bu gazla zehirlenmeye yol açar. Bu nedenle, insan yaşamı için güvenli bir kısmi oksijen basıncı 0,16 - 1,6 atm aralığında olmalıdır.
