Koncentracija idealnih molekula gasa. Formule i problem uzorka

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-02 17:42

Plin ima visoku reaktivnost u odnosu na tečna i čvrsta tela zbog velike površine svoje aktivne površine i visoke kinetičke energije čestica koje formiraju sistem. U ovom slučaju, kemijska aktivnost plina, njegov tlak i neki drugi parametri ovise o koncentraciji molekula. Razmotrimo u ovom članku koja je to vrijednost i kako se može izračunati.

O kom gasu govorimo?

Ovaj članak će razmotriti takozvane idealne gasove. Oni zanemaruju veličinu čestica i interakciju između njih. Jedini proces koji se događa u idealnim plinovima je elastični sudari između čestica i stijenki posude. Rezultat ovih sudara je apsolutni pritisak.

Svaki pravi gas se približava idealnom po svojim svojstvima ako se njegov pritisak ili gustina smanji, a apsolutna temperatura poveća. Ipak, postoje hemikalije koje, čak i pri malim gustinama i visokimtemperature su daleko od idealnog gasa. Upečatljiv i dobro poznat primjer takve supstance je vodena para. Činjenica je da su njegovi molekuli (H_{2O) visoko polarni (kiseonik povlači elektronsku gustinu od atoma vodonika). Polaritet dovodi do značajne elektrostatičke interakcije između njih, što je grubo kršenje koncepta idealnog gasa.}

Univerzalni zakon Klapejrona-Mendeljejeva

Da biste mogli izračunati koncentraciju molekula idealnog gasa, treba se upoznati sa zakonom koji opisuje stanje svakog idealnog gasnog sistema, bez obzira na njegov hemijski sastav. Ovaj zakon nosi imena Francuza Emila Clapeyrona i ruskog naučnika Dmitrija Mendeljejeva. Odgovarajuća jednačina je:

PV=nRT.

Jednakost kaže da proizvod pritiska P i zapremine V uvek mora biti direktno proporcionalan proizvodu apsolutne temperature T i količine supstance n za idealni gas. Ovdje je R koeficijent proporcionalnosti, koji se naziva univerzalna plinska konstanta. Pokazuje količinu rada koju 1 mol gasa obavi kao rezultat ekspanzije ako se zagreje za 1 K (R=8, 314 J/(molK)).

Koncentracija molekula i njeno izračunavanje

Prema definiciji, koncentracija atoma ili molekula se shvata kao broj čestica u sistemu, koji pada po jedinici zapremine. Matematički, možete napisati:

c_N=N/V.

Gdje je N ukupan broj čestica u sistemu.

Prije nego što zapišemo formulu za određivanje koncentracije molekula plina, podsjetimo se definicije količine supstance n i izraza koji povezuje vrijednost R sa Boltzmannom konstantom k_B:

n=N/N_A;

k_B=R/N_A.

Koristeći ove jednakosti, izražavamo N/V odnos iz univerzalne jednačine stanja:

PV=nRT=>

PV=N/N_ART=Nk_BT=>

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

Tako smo dobili formulu za određivanje koncentracije čestica u gasu. Kao što vidite, on je direktno proporcionalan pritisku u sistemu i obrnuto proporcionalan apsolutnoj temperaturi.

Budući da je broj čestica u sistemu veliki, koncentracija c_N je nezgodna za korišćenje pri izvođenju praktičnih proračuna. Umjesto toga, češće se koristi molarna koncentracija c_{. Definira se za idealni plin na sljedeći način:}

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

Primjer problema

Neophodno je izračunati molarnu koncentraciju molekula kiseonika u vazduhu u normalnim uslovima.

Da biste riješili ovaj problem, zapamtite da zrak sadrži 21% kisika. U skladu sa D altonovim zakonom, kiseonik stvara parcijalni pritisak od 0,21P₀, gde je P₀=101325 Pa (jedna atmosfera). Normalni uslovi takođe pretpostavljaju temperaturu od 0 ^{oC(273,15 K).}

Poznajemo sve potrebne parametre za izračunavanje molarne koncentracije kiseonika u vazduhu. Dobijamo:

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

Ako se ova koncentracija smanji na zapreminu od 1 litra, tada dobijamo vrijednost 0,009 mol/L.

Da biste razumjeli koliko O₂ molekula sadrži 1 litar zraka, pomnožite izračunatu koncentraciju brojem N_A. Nakon završetka ove procedure, dobijamo ogromnu vrijednost: N(O₂)=5, 6410^21molekula.