THỂ TÍCH MOL: KHÁI NIỆM VÀ CÔNG THỨC, CÁCH TÍNH VÀ VÍ DỤ - HÓA HỌC - 2025

Thể tích mol là một tính chất chuyên sâu cho biết có bao nhiêu không gian chiếm một mol chất hoặc hợp chất xác định. Nó được biểu thị bằng ký hiệu V _m , và được biểu thị bằng đơn vị dm ³ / mol đối với chất khí, và cm ³ / mol đối với chất lỏng và chất rắn, do thực tế là các chất này bị giới hạn nhiều hơn bởi lực liên phân tử lớn hơn của chúng.

Tính chất này được tái hiện khi nghiên cứu các hệ thống nhiệt động lực học liên quan đến chất khí; vì đối với chất lỏng và chất rắn, các phương trình xác định V _m trở nên phức tạp hơn và không chính xác. Do đó, trong các khóa học cơ bản, thể tích mol luôn gắn liền với lý thuyết khí lý tưởng.

Thể tích của một phân tử ethylene được giới hạn bề ngoài bởi ellipsoid màu xanh lục và số Avogadro nhân với số lượng này. Nguồn: Gabriel Bolívar.

Điều này là do thực tế là các khía cạnh cấu trúc không liên quan đến khí lý tưởng hoặc khí hoàn hảo; tất cả các hạt của nó được hình dung như những quả cầu va chạm đàn hồi với nhau và hoạt động giống nhau bất kể khối lượng hoặc tính chất của chúng là bao nhiêu.

Trong trường hợp này, một mol khí lý tưởng bất kỳ sẽ chiếm cùng thể tích V _m ở áp suất và nhiệt độ nhất định . Sau đó cho rằng ở điều kiện thường của P và T lần lượt là 1 atm và 0 ºC, một mol khí lý tưởng sẽ chiếm thể tích 22,4 lít. Giá trị này hữu ích và gần đúng ngay cả khi đánh giá khí thực.

Khái niệm và công thức

Đối với khí

Công thức ngay lập tức để tính thể tích mol của một loài là:

V _m = V / n

Trong đó V là thể tích mà nó chiếm, và n là lượng của loài tính bằng mol. Vấn đề là V _m phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ mà các phân tử trải qua, và chúng ta muốn một biểu thức toán học có tính đến các biến số này.

Etylen trong hình ảnh, H ₂ C = CH ₂ , có thể tích phân tử liên kết được giới hạn bởi một ellipsoid màu xanh lục. H ₂ C = CH _{2 này} có thể quay theo nhiều cách, giống như đã nói ellipsoid được di chuyển trong không gian để hình dung nó sẽ chiếm bao nhiêu thể tích (rõ ràng là không đáng kể).

Tuy nhiên, nếu nhân khối lượng ellipsoid xanh đó với N _A , số Avogadro, thì ta được số mol phân tử etylen; một mol ellipsoit tương tác với nhau. Ở nhiệt độ cao hơn, các phân tử sẽ tách ra khỏi nhau; trong khi ở áp suất cao hơn, chúng sẽ co lại và giảm thể tích.

Do đó, V _m phụ thuộc vào P và T. Etylen có dạng hình học phẳng, vì vậy không thể nghĩ rằng V _m của nó chính xác và giống hệt như của metan, CH ₄ , của hình học tứ diện và có khả năng được biểu diễn bằng một hình cầu và không phải là một ellipsoid.

Đối với chất lỏng và chất rắn

Các phân tử hoặc nguyên tử của chất lỏng và chất rắn cũng có V _m riêng của chúng , có thể liên quan gần đúng đến khối lượng riêng của chúng:

V _m = m / (dn)

Nhiệt độ ảnh hưởng đến thể tích mol của chất lỏng và chất rắn nhiều hơn áp suất, miễn là nhiệt độ không thay đổi đột ngột hoặc có giá cắt cổ (theo thứ tự GPa). Tương tự, như đã đề cập với ethylene, các dạng hình học và cấu trúc phân tử có ảnh hưởng lớn đến giá trị V _m .

Tuy nhiên, trong điều kiện bình thường, người ta quan sát thấy mật độ của các chất lỏng hoặc chất rắn khác nhau không thay đổi quá nhiều về độ lớn của chúng; điều tương tự xảy ra với các thể tích mol của nó. Lưu ý rằng chúng càng dày đặc thì V _m sẽ càng nhỏ .

Về chất rắn, thể tích mol của chúng cũng phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể của chúng (thể tích của ô đơn vị của chúng).

Cách tính thể tích mol?

Không giống như chất lỏng và chất rắn, đối với khí lý tưởng có một phương trình cho phép chúng ta tính V _m dưới dạng hàm của P và T và những thay đổi của chúng; đây là khí lý tưởng:

P = nRT / V

Cái nào được sử dụng để diễn đạt V / n:

V / n = RT / P

V _m = RT / P

Nếu chúng ta sử dụng hằng số khí R = 0,082 L · atm · K ^-1 · mol ^-1 , thì nhiệt độ phải được biểu thị bằng kelvin (K), và áp suất trong khí quyển. Lưu ý rằng ở đây chúng ta có thể thấy tại sao V _m là một tính chất chuyên sâu: T và P không liên quan gì đến khối lượng của chất khí mà là với thể tích của nó.

Những tính toán này chỉ có giá trị trong những điều kiện mà các chất khí hoạt động gần với lý tưởng. Tuy nhiên, các giá trị thu được thông qua thực nghiệm có một sai số nhỏ so với các giá trị lý thuyết.

Ví dụ về tính thể tích mol

ví dụ 1

Có một chất khí Y có khối lượng riêng là 8,5 · 10 ^-4 g / cm ³ . Nếu có 16 gam tương đương với 0,92 mol Y, hãy tìm thể tích mol của nó.

Từ công thức khối lượng riêng ta có thể tính được khối lượng của 16 gam Y này là bao nhiêu:

V = 16 g / (8,5 · 10 ^-4 g / cm ³ )

= 18.823,52 cm ³ hoặc 18,82 L

Vậy V _m được tính trực tiếp bằng cách chia thể tích này cho số mol đã cho:

V _m = 18,82 L / 0,92 mol

= 20,45 L / mol hoặc L mol ^-1 hoặc dm ³ mol ^-1

Bài tập 2

Trong ví dụ trước về Y, không xác định được nhiệt độ mà các hạt của khí đó phải chịu vào bất kỳ thời điểm nào. Giả sử Y được làm việc ở áp suất khí quyển, hãy tính nhiệt độ cần thiết để nén nó đến thể tích mol xác định.

Tuyên bố của bài tập dài hơn độ phân giải của nó. Chúng tôi sử dụng phương trình:

V _m = RT / P

Nhưng chúng ta giải cho T, và biết rằng áp suất khí quyển là 1 atm, chúng ta giải:

T = V _m P / R

= (20,45 L / mol) (1 atm) / (0,082 L atm / K mol)

= 249,39 K

Tức là một mol Y sẽ chiếm 20,45 lít ở nhiệt độ gần -23,76 ºC.

Bài tập 3

Tiếp theo các kết quả trước đó, xác định V _m ở 0 ° C, 25 ° C và ở độ không tuyệt đối ở áp suất khí quyển.

Biến đổi nhiệt độ thành kelvin, đầu tiên chúng ta có 273,17 K, 298,15 K và 0 K. Chúng ta giải trực tiếp bằng cách thay thế nhiệt độ thứ nhất và thứ hai:

V _m = RT / P

= (0,082 L atm / K mol) (273,15 K) / 1 atm

= 22,40 L / mol (0 ºC)

= (0,082 L atm / K mol) (298,15 K) / 1 atm

= 24,45 L / mol (25ºC)

Giá trị của 22,4 lít đã nói lúc đầu. Nhận thấy V _m tăng theo nhiệt độ. Khi chúng ta muốn thực hiện cùng một phép tính với độ không tuyệt đối, chúng ta vấp phải định luật thứ ba của nhiệt động lực học:

(0,082 L atm / K mol) (0 K) / 1 atm

= 0 L / mol (-273,15 ºC)

Khí Y không thể có thể tích mol không tồn tại; điều này có nghĩa là nó đã được chuyển thành chất lỏng và phương trình trước đó không còn hợp lệ.

Mặt khác, không thể tính được V _m ở độ không tuyệt đối tuân theo định luật thứ ba của nhiệt động lực học, cho rằng không thể làm lạnh bất kỳ chất nào đến nhiệt độ không tuyệt đối.

Người giới thiệu

1. Ira N. Levine. (2014). Nguyên lý Hóa lý. Phiên bản thứ sáu. Đồi Mc Graw.
2. Glasstone. (1970). Hiệp ước hóa lý. Phiên bản thứ hai. Aguilar.
3. Wikipedia. (2019). Khối lượng mol. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Ngày 08 tháng 8 năm 2019). Định nghĩa Khối lượng mol trong Hóa học. Phục hồi từ: thinkco.com
5. CỦA BYJU. (2019). Công thức thể tích mol. Phục hồi từ: byjus.com
6. González Monica. (Ngày 28 tháng 10 năm 2010). Khối lượng mol. Được khôi phục từ: quimica.laguia2000.com