Ang Gas ay may mataas na reaktibiti kumpara sa mga likido at solidong katawan dahil sa malaking bahagi ng aktibong ibabaw nito at ang mataas na kinetic energy ng mga particle na bumubuo sa system. Sa kasong ito, ang aktibidad ng kemikal ng gas, ang presyon nito at ilang iba pang mga parameter ay nakasalalay sa konsentrasyon ng mga molekula. Isaalang-alang natin sa artikulong ito kung ano ang halagang ito at kung paano ito makalkula.
Anong gas ang pinag-uusapan natin?
Isasaalang-alang ng artikulong ito ang tinatawag na mga ideal na gas. Pinababayaan nila ang laki ng mga particle at ang pakikipag-ugnayan sa pagitan nila. Ang tanging proseso na nangyayari sa mga ideal na gas ay ang nababanat na banggaan sa pagitan ng mga particle at mga pader ng sisidlan. Ang resulta ng mga banggaan na ito ay isang ganap na pressure.
Anumang tunay na gas ay lumalapit sa perpekto sa mga katangian nito kung ang presyon o density nito ay nababawasan at ang ganap na temperatura nito ay tumaas. Gayunpaman, may mga kemikal na, kahit na sa mababang densidad at mataasang mga temperatura ay malayo sa perpektong gas. Ang isang kapansin-pansin at kilalang halimbawa ng naturang sangkap ay singaw ng tubig. Ang katotohanan ay ang mga molekula nito (H2O) ay lubos na polar (hinihila ng oxygen ang density ng elektron palayo sa mga atomo ng hydrogen). Ang polarity ay humahantong sa isang makabuluhang electrostatic na interaksyon sa pagitan ng mga ito, na isang matinding paglabag sa konsepto ng isang perpektong gas.
Pangkalahatang batas ng Clapeyron-Mendeleev
Upang makalkula ang konsentrasyon ng mga molekula ng isang ideal na gas, dapat kilalanin ang batas na naglalarawan sa estado ng anumang ideal na sistema ng gas, anuman ang komposisyon ng kemikal nito. Ang batas na ito ay nagtataglay ng mga pangalan ng Pranses na si Emile Clapeyron at ang siyentipikong Ruso na si Dmitri Mendeleev. Ang katumbas na equation ay:
PV=nRT.
Equality ay nagsasabi na ang produkto ng pressure P at volume V ay dapat palaging direktang proporsyonal sa produkto ng ganap na temperatura T at ang dami ng substance n para sa isang ideal na gas. Narito ang R ay ang koepisyent ng proporsyonalidad, na tinatawag na unibersal na pare-pareho ng gas. Ipinapakita nito ang dami ng trabaho na ginagawa ng 1 mol ng gas bilang resulta ng pagpapalawak kung ito ay pinainit ng 1 K (R=8, 314 J/(molK)).
Konsentrasyon ng mga molekula at pagkalkula nito
Ayon sa kahulugan, ang konsentrasyon ng mga atom o molekula ay nauunawaan bilang ang bilang ng mga particle sa system, na bumabagsak sa bawat unit volume. Sa matematika, maaari mong isulat ang:
cN=N/V.
Kung saan ang N ay ang kabuuang bilang ng mga particle sa system.
Bago isulat ang formula para sa pagtukoy ng konsentrasyon ng mga molekula ng gas, alalahanin natin ang kahulugan ng dami ng substance n at ang expression na nag-uugnay sa halaga ng R sa Boltzmann constant kB:
n=N/NA;
kB=R/NA.
Gamit ang mga pagkakapantay-pantay na ito, ipinapahayag namin ang N/V ratio mula sa unibersal na equation ng estado:
PV=nRT=>
PV=N/NART=NkBT=>
cN=N/V=P/(kBT).
Kaya nakuha namin ang formula para sa pagtukoy ng konsentrasyon ng mga particle sa isang gas. Gaya ng nakikita mo, ito ay direktang proporsyonal sa presyon sa system at inversely proporsyonal sa ganap na temperatura.
Dahil ang bilang ng mga particle sa system ay malaki, ang konsentrasyon cNay hindi maginhawang gamitin kapag nagsasagawa ng mga praktikal na kalkulasyon. Sa halip, ang molar concentration c ay ginagamit nang mas madalas. Ito ay tinukoy para sa isang ideal na gas tulad ng sumusunod:
c=n/V=P/(R T).
Halimbawang problema
Kinakailangan na kalkulahin ang molar na konsentrasyon ng mga molekula ng oxygen sa hangin sa ilalim ng normal na mga kondisyon.
Upang malutas ang problemang ito, tandaan na ang hangin ay naglalaman ng 21% oxygen. Alinsunod sa batas ni D alton, lumilikha ang oxygen ng partial pressure na 0.21P0, kung saan P0=101325 Pa (isang atmosphere). Ipinapalagay din ng mga normal na kondisyon ang temperaturang 0 oC(273.15 K).
Alam namin ang lahat ng kinakailangang parameter para makalkula ang molar na konsentrasyon ng oxygen sa hangin. Nakukuha namin ang:
c(O2)=P/(R T)=0.21101325/(8.314273, 15)=9.37 mol/m3.
Kung ang konsentrasyon na ito ay nabawasan sa dami ng 1 litro, makukuha natin ang halaga na 0.009 mol/L.
Para maunawaan kung gaano karaming O2 na mga molekula ang nasa 1 litro ng hangin, i-multiply ang nakalkulang konsentrasyon sa bilang na NA. Pagkatapos makumpleto ang pamamaraang ito, makakakuha tayo ng malaking halaga: N(O2)=5, 641021molecules.
