Siç e dini, molekulat dhe atomet që përbëjnë objektet rreth nesh janë shumë të vogla. Për të kryer llogaritjet gjatë reaksioneve kimike, si dhe për të analizuar sjelljen e një përzierjeje të përbërësve që nuk ndërveprojnë në lëngje dhe gazra, përdoret koncepti i fraksioneve mol. Çfarë janë ato dhe si mund të përdoren për të marrë sasitë fizike makroskopike të një përzierjeje, diskutohet në këtë artikull.
numri i Avogadros
Në fillim të shekullit të 20-të, gjatë kryerjes së eksperimenteve me përzierjet e gazit, shkencëtari francez Jean Perrin mati numrin e molekulave H2 të përfshira në 1 gram të këtij gazi. Ky numër doli të ishte një numër i madh (60221023). Meqenëse është jashtëzakonisht e papërshtatshme për të kryer llogaritjet me shifra të tilla, Perrin propozoi një emër për këtë vlerë - numrin e Avogadro. Ky emër u zgjodh për nder të shkencëtarit italian të fillimit të shekullit të 19-të, Amedeo Avogadro, i cili, si Perrin, studioi përzierjet e gazeve dhe madje ishte në gjendje të formulontepër ta, ligji që mban aktualisht mbiemrin e tij.
Numri i Avogadros aktualisht përdoret gjerësisht në studimin e substancave të ndryshme. Ai lidh karakteristikat makroskopike dhe mikroskopike.
Sasia e substancës dhe masa molare
Në vitet '60, Dhoma Ndërkombëtare e Peshave dhe Masave futi njësinë e shtatë bazë të matjes në sistemin e njësive fizike (SI). U bë një molë. Nishani tregon numrin e elementeve që përbëjnë sistemin në fjalë. Një nishan është i barabartë me numrin e Avogadros.
Masa molare është pesha e një moli të një lënde të caktuar. Ajo matet në gram për mol. Masa molare është një sasi shtesë, domethënë, për ta përcaktuar atë për një përbërje kimike të veçantë, është e nevojshme të shtohen masat molare të elementeve kimike që përbëjnë këtë përbërje. Për shembull, masa molare e metanit (CH4) është:
MCH4=MC + 4MH=12 + 41=16 g/mol.
Dmth, 1 mol molekula metani do të ketë një masë prej 16 gramë.
Koncepti i fraksionit të nishanit
Substancat e pastra janë të rralla në natyrë. Për shembull, papastërtitë (kripërat) e ndryshme treten gjithmonë në ujë; Ajri i planetit tonë është një përzierje gazesh. Me fjalë të tjera, çdo substancë në gjendje të lëngët dhe të gaztë është një përzierje e elementeve të ndryshme. Fraksioni mol është një vlerë që tregon se cila pjesë në ekuivalentin mol është e zënë nga një ose një komponent tjetër nëpërzierjet. Nëse sasia e substancës së të gjithë përzierjes shënohet si n, dhe sasia e substancës së përbërësit i shënohet si ni, atëherë mund të shkruhet ekuacioni i mëposhtëm:
xi=ni / n.
Këtu xi është fraksioni mol i komponentit i për këtë përzierje. Siç shihet, kjo sasi është pa dimension. Për të gjithë përbërësit e përzierjes, shuma e fraksioneve molore të tyre shprehet me formulën si më poshtë:
∑i(xi)=1.
Marrja e kësaj formule nuk është e vështirë. Për ta bërë këtë, thjesht zëvendësoni shprehjen e mëparshme për xi.
në të
Interesi atomik
Kur zgjidhen probleme në kimi, shpesh vlerat fillestare jepen në përqindje atomike. Për shembull, në një përzierje të oksigjenit dhe hidrogjenit, ky i fundit është 60 atomike%. Kjo do të thotë se nga 10 molekula në përzierje, 6 do të korrespondojnë me hidrogjenin. Meqenëse fraksioni mol është raporti i numrit të atomeve përbërës me numrin e tyre të përgjithshëm, përqindjet atomike janë sinonim i konceptit në fjalë.
Shndërrimi i aksioneve në përqindje atomike kryhet thjesht duke i rritur ato me dy rend të madhësisë. Për shembull, 0,21 mol fraksioni i oksigjenit në ajër korrespondon me 21 atomike%.
Gaz ideal
Koncepti i fraksioneve mole përdoret shpesh në zgjidhjen e problemeve me përzierjet e gazit. Shumica e gazeve në kushte normale (temperatura 300 K dhe presioni 1 atm.) janë ideale. Kjo do të thotë se atomet dhe molekulat që përbëjnë gazin janë në një distancë të madhe nga njëri-tjetri dhe nuk ndërveprojnë me njëri-tjetrin.
Për gazet ideale, ekuacioni i mëposhtëm i gjendjes është i vlefshëm:
PV=nRT.
Këtu P, V dhe T janë tre karakteristika termodinamike makroskopike: presioni, vëllimi dhe temperatura përkatësisht. Vlera R=8, 314 J / (Kmol) është një konstante për të gjithë gazrat, n është numri i grimcave në mol, domethënë sasia e substancës.
Ekuacioni i gjendjes tregon se si një nga tre karakteristikat makroskopike të gazit (P, V ose T) do të ndryshojë nëse e dyta prej tyre është fikse dhe e treta ndryshohet. Për shembull, në një temperaturë konstante, presioni do të jetë në përpjesëtim të zhdrejtë me vëllimin e gazit (ligji Boyle-Mariotte).
Gjëja më e shquar në lidhje me formulën e shkruar është se ajo nuk merr parasysh natyrën kimike të molekulave dhe atomeve të gazit, domethënë është e vlefshme si për gazrat e pastër ashtu edhe për përzierjet e tyre.
Ligji i D altonit dhe presioni i pjesshëm
Si të llogarisim fraksionin mol të një gazi në një përzierje? Për ta bërë këtë, mjafton të dihet numri i përgjithshëm i grimcave dhe numri i tyre për komponentin në shqyrtim. Megjithatë, ju mund të bëni ndryshe.
Fraksioni mol i një gazi në një përzierje mund të gjendet duke ditur presionin e tij të pjesshëm. Kjo e fundit kuptohet si presioni që do të krijonte një përbërës i caktuar i përzierjes së gazit nëse do të ishte e mundur të hiqeshin të gjithë përbërësit e tjerë. Nëse caktojmë presionin e pjesshëm të përbërësit të i-të si Pi, dhe presionin e të gjithë përzierjes si P, atëherë formula për fraksionin mol për këtë përbërës do të marrë formën:
xi=Pi / P.
Për shkak të sasisënga të gjitha xi është e barabartë me një, atëherë mund të shkruajmë shprehjen e mëposhtme:
∑i(Pi / P)=1, prandaj ∑i (Pi)=P.
Barazia e fundit quhet ligji i D altonit, i cili është quajtur kështu sipas shkencëtarit britanik të fillimit të shekullit të 19-të, John D alton.
Ligji i presionit të pjesshëm ose ligji i D altonit është një pasojë e drejtpërdrejtë e ekuacionit të gjendjes për gazet ideale. Nëse atomet ose molekulat në një gaz fillojnë të ndërveprojnë me njëri-tjetrin (kjo ndodh në temperatura të larta dhe presion të lartë), atëherë ligji i D altonit është i padrejtë. Në rastin e fundit, për të llogaritur fraksionet molore të përbërësve, është e nevojshme të përdoret formula për sa i përket sasisë së substancës, dhe jo për sa i përket presionit të pjesshëm.
Ajri si përzierje gazi
Duke shqyrtuar pyetjen se si të gjejmë fraksionin mol të një përbërësi në një përzierje, zgjidhim problemin e mëposhtëm: llogarisim vlerat xi dhe P i për çdo komponent në ajër.
Nëse marrim parasysh ajrin e thatë, atëherë ai përbëhet nga 4 përbërësit e mëposhtëm të gazit:
- azoti (78,09%);
- oksigjen (20,95%);
- argon (0,93%);
- gaz dioksid karboni (0,04%).
Nga këto të dhëna, fraksionet mole për çdo gaz janë shumë të lehta për t'u llogaritur. Për ta bërë këtë, mjafton të paraqisni përqindjet në terma relative, siç u përmend më lart në artikull. Pastaj marrim:
xN2=0, 7809;
xO2=0, 2095;
xAr=0, 0093;
xCO2=0, 0004.
Presion i pjesshëmi llogarisim këta përbërës të ajrit, duke qenë se presioni atmosferik në nivelin e detit është 101 325 Pa ose 1 atm. Pastaj marrim:
PN2=xN2 P=0,7809 atm.;
PO2=xO2 P=0, 2095 atm.;
PAr=xAr P=0,0093 atm.;
PCO2=xCO2 P=0,0004 atm.
Këto të dhëna do të thotë se nëse hiqni të gjithë oksigjenin dhe gazrat e tjerë nga atmosfera dhe lini vetëm azot, presioni do të bjerë me 22%.
Njohja e presionit të pjesshëm të oksigjenit luan një rol jetik për njerëzit që zhyten nën ujë. Pra, nëse është më pak se 0.16 atm., atëherë personi humbet menjëherë vetëdijen. Përkundrazi, presioni i pjesshëm i oksigjenit tejkalon shenjën prej 1.6 atm. çon në helmim me këtë gaz, i cili shoqërohet me konvulsione. Kështu, një presion i sigurt i pjesshëm i oksigjenit për jetën e njeriut duhet të jetë brenda 0,16 - 1,6 atm.
