Tulad ng alam mo, ang mga molekula at atomo na bumubuo sa mga bagay sa ating paligid ay napakaliit. Upang magsagawa ng mga kalkulasyon sa panahon ng mga reaksiyong kemikal, pati na rin upang pag-aralan ang pag-uugali ng isang halo ng mga hindi nakikipag-ugnayan na sangkap sa mga likido at gas, ginagamit ang konsepto ng mga fraction ng nunal. Kung ano ang mga ito, at kung paano magagamit ang mga ito para makuha ang macroscopic na pisikal na dami ng isang mixture, ay tinatalakay sa artikulong ito.
numero ni Avogadro
Sa simula ng ika-20 siglo, habang nagsasagawa ng mga eksperimento sa mga pinaghalong gas, sinukat ng French scientist na si Jean Perrin ang bilang ng H2 na molekula na nasa 1 gramo ng gas na ito. Ang numerong ito ay naging napakalaking numero (6,0221023). Dahil napakahirap magsagawa ng mga kalkulasyon na may ganitong mga numero, iminungkahi ni Perrin ang isang pangalan para sa halagang ito - ang numero ni Avogadro. Ang pangalang ito ay pinili bilang parangal sa Italyano na siyentipiko noong unang bahagi ng ika-19 na siglo, si Amedeo Avogadro, na, tulad ni Perrin, ay nag-aral ng mga mixtures ng mga gas at nagawa pang bumalangkas.para sa kanila, ang batas na kasalukuyang nagtataglay ng kanyang apelyido.
Ang numero ni Avogadro ay kasalukuyang malawakang ginagamit sa pag-aaral ng iba't ibang sangkap. Nag-uugnay ito ng mga macroscopic at microscopic na katangian.
Halaga ng substance at molar mass
Noong dekada 60, ipinakilala ng International Chamber of Weights and Measures ang ikapitong pangunahing yunit ng pagsukat sa sistema ng mga pisikal na yunit (SI). Naging gamu-gamo. Ipinapakita ng nunal ang bilang ng mga elemento na bumubuo sa system na pinag-uusapan. Ang isang nunal ay katumbas ng numero ni Avogadro.
Ang
Molar mass ay ang bigat ng isang mole ng isang partikular na substance. Ito ay sinusukat sa gramo bawat taling. Ang molar mass ay isang additive na dami, iyon ay, upang matukoy ito para sa isang partikular na compound ng kemikal, kinakailangan upang idagdag ang molar mass ng mga elemento ng kemikal na bumubuo sa tambalang ito. Halimbawa, ang molar mass ng methane (CH4) ay:
MCH4=MC + 4MH=12 + 41=16 g/mol.
Ibig sabihin, 1 mole ng methane molecule ay magkakaroon ng mass na 16 gramo.
Konsepto ng mole fraction
Ang mga purong substance ay bihira sa kalikasan. Halimbawa, ang iba't ibang mga impurities (mga asin) ay palaging natutunaw sa tubig; Ang hangin ng ating planeta ay pinaghalong mga gas. Sa madaling salita, ang anumang sangkap sa likido at gas na estado ay pinaghalong iba't ibang elemento. Ang mole fraction ay isang value na nagpapakita kung anong bahagi sa katumbas ng mole ang inookupahan ng isa o ibang bahagi sapinaghalong. Kung ang dami ng sangkap ng buong timpla ay tinutukoy bilang n, at ang dami ng sangkap ng sangkap i ay tinutukoy bilang ni, kung gayon ang sumusunod na equation ay maaaring isulat:
xi=ni / n.
Dito ang xi ay ang mole fraction ng component i para sa mixture na ito. Tulad ng makikita, ang dami na ito ay walang sukat. Para sa lahat ng bahagi ng pinaghalong, ang kabuuan ng kanilang mga mole fraction ay ipinahayag ng formula bilang sumusunod:
∑i(xi)=1.
Hindi mahirap makuha ang formula na ito. Para gawin ito, palitan lang ang dating expression ng xi.
dito
Atomic interest
Kapag nilutas ang mga problema sa kimika, kadalasan ang mga unang halaga ay ibinibigay sa atomic na porsyento. Halimbawa, sa pinaghalong oxygen at hydrogen, ang huli ay 60 atomic%. Nangangahulugan ito na sa 10 mga molekula sa pinaghalong, 6 ay tumutugma sa hydrogen. Dahil ang mole fraction ay ang ratio ng bilang ng mga component atoms sa kanilang kabuuang bilang, ang mga atomic percentage ay kasingkahulugan ng konseptong pinag-uusapan.
Ang conversion ng shares sa atomic percentages ay isinasagawa sa pamamagitan lamang ng pagtaas ng mga ito ng dalawang order ng magnitude. Halimbawa, ang 0.21 mole fraction ng oxygen sa hangin ay tumutugma sa 21 atomic%.
Ideal na gas
Ang konsepto ng mga mole fraction ay kadalasang ginagamit sa paglutas ng mga problema sa mga pinaghalong gas. Karamihan sa mga gas sa ilalim ng normal na mga kondisyon (temperatura 300 K at presyon 1 atm.) Ay perpekto. Nangangahulugan ito na ang mga atomo at molekula na bumubuo sa gas ay nasa malayong distansya sa isa't isa at hindi nakikipag-ugnayan sa isa't isa.
Para sa mga ideal na gas, ang sumusunod na equation ng estado ay wasto:
PV=nRT.
Dito ang P, V at T ay tatlong macroscopic thermodynamic na katangian: pressure, volume at temperatura ayon sa pagkakabanggit. Ang halaga R=8, 314 J / (Kmol) ay pare-pareho para sa lahat ng mga gas, n ay ang bilang ng mga particle sa moles, iyon ay, ang dami ng substance.
Ang equation ng estado ay nagpapakita kung paano magbabago ang isa sa tatlong macroscopic na katangian ng gas (P, V o T) kung ang pangalawa sa mga ito ay naayos at ang pangatlo ay babaguhin. Halimbawa, sa pare-parehong temperatura, ang presyon ay magiging inversely proportional sa volume ng gas (Boyle-Mariotte law).
Ang pinaka-kahanga-hangang bagay tungkol sa nakasulat na formula ay hindi nito isinasaalang-alang ang kemikal na katangian ng mga molekula at atomo ng gas, ibig sabihin, ito ay wasto para sa parehong mga purong gas at sa kanilang mga pinaghalong.
D alton's Law and partial pressure
Paano kalkulahin ang mole fraction ng isang gas sa isang mixture? Upang gawin ito, sapat na malaman ang kabuuang bilang ng mga particle at ang kanilang bilang para sa bahaging isinasaalang-alang. Gayunpaman, maaari mong gawin kung hindi man.
Ang mole fraction ng isang gas sa isang mixture ay mahahanap sa pamamagitan ng pag-alam sa partial pressure nito. Ang huli ay nauunawaan bilang ang presyon na lilikha ng isang partikular na bahagi ng pinaghalong gas kung posible na alisin ang lahat ng iba pang bahagi. Kung itinalaga natin ang partial pressure ng i-th component bilang Pi, at ang pressure ng buong mixture bilang P, kung gayon ang formula para sa mole fraction para sa component na ito ay kukuha ng anyo:
xi=Pi / P.
Dahil ang damisa lahat ng xi ay katumbas ng isa, pagkatapos ay maaari nating isulat ang sumusunod na expression:
∑i(Pi / P)=1, kaya ∑i (Pi)=P.
Ang huling pagkakapantay-pantay ay tinatawag na batas ng D alton, na ipinangalan sa British scientist noong unang bahagi ng ika-19 na siglo, si John D alton.
Ang batas ng partial pressure o batas ni D alton ay direktang bunga ng equation ng estado para sa mga ideal na gas. Kung ang mga atomo o molekula sa isang gas ay nagsimulang makipag-ugnayan sa isa't isa (nangyayari ito sa mataas na temperatura at mataas na presyon), kung gayon ang batas ni D alton ay hindi patas. Sa huling kaso, upang kalkulahin ang mga praksyon ng nunal ng mga bahagi, kinakailangang gamitin ang formula sa mga tuntunin ng dami ng sangkap, at hindi sa mga tuntunin ng bahagyang presyon.
Air as a gas mixture
Pagkatapos isaalang-alang ang tanong kung paano hanapin ang bahagi ng nunal ng isang bahagi sa isang timpla, nilulutas namin ang sumusunod na problema: kalkulahin ang mga halaga xi at P i para sa bawat bahagi sa hangin.
Kung isasaalang-alang namin ang tuyong hangin, binubuo ito ng sumusunod na 4 na bahagi ng gas:
- nitrogen (78.09%);
- oxygen (20.95%);
- argon (0.93%);
- carbon dioxide gas (0.04%).
Mula sa data na ito, ang mga mole fraction para sa bawat gas ay napakadaling kalkulahin. Upang gawin ito, sapat na upang ipakita ang mga porsyento sa mga kamag-anak na termino, tulad ng nabanggit sa itaas sa artikulo. Pagkatapos ay makukuha natin ang:
xN2=0, 7809;
xO2=0, 2095;
xAr=0, 0093;
xCO2=0, 0004.
Partial pressurekinakalkula namin ang mga sangkap ng hangin na ito, dahil ang presyon ng atmospera sa antas ng dagat ay 101 325 Pa o 1 atm. Pagkatapos ay makukuha natin ang:
PN2=xN2 P=0.7809 atm.;
PO2=xO2 P=0, 2095 atm.;
PAr=xAr P=0.0093 atm.;
PCO2=xCO2 P=0.0004 atm.
Ang data na ito ay nangangahulugan na kung aalisin mo ang lahat ng oxygen at iba pang mga gas sa atmospera, at mag-iiwan lamang ng nitrogen, bababa ang presyon ng 22%.
Ang pag-alam sa partial pressure ng oxygen ay gumaganap ng mahalagang papel para sa mga taong sumisid sa ilalim ng tubig. Kaya, kung ito ay mas mababa sa 0.16 atm., kung gayon ang tao ay agad na nawalan ng malay. Sa kabaligtaran, ang bahagyang presyon ng oxygen ay lumampas sa marka ng 1.6 atm. humahantong sa pagkalason sa gas na ito, na sinamahan ng mga kombulsyon. Kaya, ang isang ligtas na bahagyang presyon ng oxygen para sa buhay ng tao ay dapat nasa loob ng 0.16 - 1.6 atm.
