Kā jūs zināt, molekulas un atomi, kas veido mums apkārt esošos objektus, ir ļoti mazas. Lai veiktu aprēķinus ķīmisko reakciju laikā, kā arī analizētu šķidrumos un gāzēs mijiedarbojošo komponentu maisījuma uzvedību, tiek izmantots molu frakciju jēdziens. Kas tie ir un kā tos var izmantot, lai iegūtu maisījuma makroskopiskos fiziskos daudzumus, ir aprakstīts šajā rakstā.
Avogadro numurs
20. gadsimta sākumā, veicot eksperimentus ar gāzu maisījumiem, franču zinātnieks Žans Perins izmērīja H2 molekulu skaitu 1 gramā šīs gāzes. Šis skaitlis izrādījās milzīgs (60221023). Tā kā ir ārkārtīgi neērti veikt aprēķinus ar šādiem skaitļiem, Perrins ierosināja šīs vērtības nosaukumu - Avogadro numuru. Šis nosaukums izvēlēts par godu 19. gadsimta sākuma itāļu zinātniekam Amedeo Avogadro, kurš tāpat kā Perins pētīja gāzu maisījumus un pat spēja formulētviņiem likums, kas pašlaik nes viņa uzvārdu.
Avogadro numurs šobrīd tiek plaši izmantots dažādu vielu pētījumos. Tas saista makroskopiskās un mikroskopiskās īpašības.
Vielas daudzums un molārā masa
60. gados Starptautiskā svaru un mēru kamera ieviesa septīto pamatmērvienību fizisko vienību sistēmā (SI). Tas kļuva par naktstauriņu. Kurmis parāda elementu skaitu, kas veido attiecīgo sistēmu. Viens mols ir vienāds ar Avogadro skaitli.
Molmasa ir noteiktas vielas viena mola svars. To mēra gramos uz molu. Molārā masa ir piedevas lielums, tas ir, lai to noteiktu konkrētam ķīmiskajam savienojumam, ir jāpievieno ķīmisko elementu molmasas, kas veido šo savienojumu. Piemēram, metāna molārā masa (CH4) ir:
MCH4=MC + 4MH=12 + 41=16 g/mol.
Tas ir, 1 mola metāna molekulu masa būs 16 grami.
Moldaļas jēdziens
Tīras vielas dabā ir reti sastopamas. Piemēram, dažādi piemaisījumi (sāļi) vienmēr tiek izšķīdināti ūdenī; Mūsu planētas gaiss ir gāzu maisījums. Citiem vārdiem sakot, jebkura viela šķidrā un gāzveida stāvoklī ir dažādu elementu maisījums. Mola daļa ir vērtība, kas parāda, kādu daļu molekvivalentā aizņem viens vai otrs komponentsmaisījumi. Ja visa maisījuma vielas daudzumu apzīmē ar n, bet komponenta i vielas daudzumu apzīmē ar ni, tad var uzrakstīt šādu vienādojumu:
xi=ni / n.
Šeit xi ir komponenta i mola daļa šim maisījumam. Kā redzams, šis daudzums ir bezizmēra. Visām maisījuma sastāvdaļām to molu daļu summu izsaka ar šādu formulu:
∑i(xi)=1.
Iegūt šo formulu nav grūti. Lai to izdarītu, vienkārši aizstājiet tajā iepriekšējo izteiksmi ar xi.
Atomiskie procenti
Risinot uzdevumus ķīmijā, nereti sākotnējās vērtības tiek norādītas atomprocentos. Piemēram, skābekļa un ūdeņraža maisījumā pēdējā ir 60 atomu%. Tas nozīmē, ka no 10 maisījuma molekulām 6 atbildīs ūdeņradim. Tā kā mola daļa ir komponentu atomu skaita attiecība pret to kopējo skaitu, atomu procentuālā daļa ir attiecīgā jēdziena sinonīms.
Akciju konvertēšana atomprocentos tiek veikta, vienkārši palielinot tās par divām kārtām. Piemēram, 0,21 mola skābekļa daļa gaisā atbilst 21 atomam.
Ideāla gāze
Molfrakciju jēdzienu bieži izmanto, risinot problēmas ar gāzu maisījumiem. Lielākā daļa gāzu normālos apstākļos (temperatūra 300 K un spiediens 1 atm.) ir ideālas. Tas nozīmē, ka atomi un molekulas, kas veido gāzi, atrodas lielā attālumā viens no otra un savstarpēji mijiedarbojas.
Ideālām gāzēm ir spēkā šāds stāvokļa vienādojums:
PV=nRT.
Šeit P, V un T ir trīs makroskopiski termodinamiskie raksturlielumi: attiecīgi spiediens, tilpums un temperatūra. Vērtība R=8, 314 J / (Kmol) ir konstante visām gāzēm, n ir daļiņu skaits molos, tas ir, vielas daudzums.
Stāvokļa vienādojums parāda, kā mainīsies viens no trim makroskopiskajiem gāzes raksturlielumiem (P, V vai T), ja otrais no tiem ir fiksēts un trešais tiek mainīts. Piemēram, nemainīgā temperatūrā spiediens būs apgriezti proporcionāls gāzes tilpumam (Boila-Mariota likums).
Ievērojamākais rakstītajā formulā ir tas, ka tajā nav ņemta vērā gāzes molekulu un atomu ķīmiskā būtība, proti, tā ir derīga gan tīrām gāzēm, gan to maisījumiem.
D altona likums un daļējs spiediens
Kā aprēķināt gāzes molu daļu maisījumā? Lai to izdarītu, pietiek zināt kopējo daļiņu skaitu un to skaitu aplūkojamajam komponentam. Tomēr jūs varat rīkoties citādi.
Gāzes mola daļu maisījumā var atrast, zinot tās daļējo spiedienu. Pēdējais tiek saprasts kā spiediens, ko konkrētā gāzu maisījuma sastāvdaļa radītu, ja būtu iespējams noņemt visas pārējās sastāvdaļas. Ja mēs apzīmēsim i-tā komponenta daļējo spiedienu kā Pi un visa maisījuma spiedienu kā P, tad šī komponenta molu daļas formula būs šāda.:
xi=Pi / P.
Tā kā summano visiem xi ir vienāds ar vienu, tad varam uzrakstīt šādu izteiksmi:
∑i(Pi / P)=1, tātad ∑i (Pi)=P.
Pēdējo vienlīdzību sauc par D altona likumu, kas ir nosaukts 19. gadsimta sākuma britu zinātnieka Džona D altona vārdā.
Parciālā spiediena likums jeb D altona likums ir tiešas ideālo gāzu stāvokļa vienādojuma sekas. Ja atomi vai molekulas gāzē sāk mijiedarboties savā starpā (tas notiek augstā temperatūrā un augstā spiedienā), tad D altona likums ir negodīgs. Pēdējā gadījumā, lai aprēķinātu komponentu molu daļas, formula jāizmanto vielas daudzuma izteiksmē, nevis daļējā spiediena izteiksmē.
Gaiss kā gāzu maisījums
Apsverot jautājumu par to, kā atrast komponenta molu daļu maisījumā, mēs atrisinām šādu uzdevumu: aprēķiniet vērtības xi un P i par katru komponentu gaisā.
Ja ņemam vērā sauso gaisu, tad tas sastāv no 4 šādiem gāzes komponentiem:
- slāpeklis (78,09%);
- skābeklis (20,95%);
- argons (0,93%);
- oglekļa dioksīda gāze (0,04%).
Pēc šiem datiem katras gāzes molu daļas ir ļoti viegli aprēķināt. Lai to izdarītu, pietiek norādīt procentus relatīvā izteiksmē, kā minēts iepriekš rakstā. Tad mēs iegūstam:
xN2=0, 7809;
xO2=0, 2095;
xAr=0, 0093;
xCO2=0, 0004.
Daļējs spiediensmēs aprēķinām šīs gaisa sastāvdaļas, ņemot vērā, ka atmosfēras spiediens jūras līmenī ir 101 325 Pa jeb 1 atm. Tad mēs iegūstam:
PN2=xN2 P=0,7809 atm.;
PO2=xO2 P=0, 2095 atm.;
PAr=xAr P=0,0093 atm.;
PCO2=xCO2 P=0,0004 atm.
Šie dati nozīmē, ka, izvadot no atmosfēras visu skābekli un citas gāzes un atstājot tikai slāpekli, spiediens samazināsies par 22%.
Skābekļa daļējā spiediena zināšanai ir būtiska nozīme cilvēkiem, kuri nirst zem ūdens. Tātad, ja tas ir mazāks par 0,16 atm., tad cilvēks uzreiz zaudē samaņu. Gluži pretēji, skābekļa daļējais spiediens pārsniedz atzīmi 1,6 atm. noved pie saindēšanās ar šo gāzi, ko pavada krampji. Tādējādi cilvēka dzīvībai drošam skābekļa daļējam spiedienam jābūt robežās no 0,16 līdz 1,6 atm.
