იდეალური აირის მოლეკულების კონცენტრაცია. ფორმულები და ნიმუშის პრობლემა

2024 ავტორი: Angel Austin | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-02 17:50

გაზს აქვს მაღალი რეაქტიულობა თხევად და მყარ სხეულებთან შედარებით მისი აქტიური ზედაპირის დიდი ფართობისა და სისტემის შემქმნელი ნაწილაკების მაღალი კინეტიკური ენერგიის გამო. ამ შემთხვევაში, გაზის ქიმიური აქტივობა, მისი წნევა და ზოგიერთი სხვა პარამეტრი დამოკიდებულია მოლეკულების კონცენტრაციაზე. მოდით განვიხილოთ ამ სტატიაში რა არის ეს მნიშვნელობა და როგორ შეიძლება მისი გამოთვლა.

რა გაზზე ვსაუბრობთ?

ეს სტატია განიხილავს ეგრეთ წოდებულ იდეალურ გაზებს. ისინი უგულებელყოფენ ნაწილაკების ზომას და მათ შორის ურთიერთქმედებას. ერთადერთი პროცესი, რომელიც ხდება იდეალურ აირებში, არის ელასტიური შეჯახება ნაწილაკებსა და ჭურჭლის კედლებს შორის. ამ შეჯახების შედეგი არის აბსოლუტური წნევა.

ნებისმიერი რეალური აირი უახლოვდება იდეალურ თვისებებს, თუ მისი წნევა ან სიმკვრივე შემცირდება და მისი აბსოლუტური ტემპერატურა გაიზარდა. მიუხედავად ამისა, არსებობს ქიმიკატები, რომლებიც, თუნდაც დაბალი სიმკვრივის და მაღალიტემპერატურა შორს არის იდეალური გაზისგან. ასეთი ნივთიერების ნათელი და ცნობილი მაგალითია წყლის ორთქლი. ფაქტია, რომ მისი მოლეკულები (H_{2O) ძალიან პოლარულია (ჟანგბადი ელექტრონის სიმკვრივეს აშორებს წყალბადის ატომებს). პოლარობა იწვევს მათ შორის მნიშვნელოვან ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედებას, რაც იდეალური გაზის კონცეფციის უხეში დარღვევაა.}

კლაპეირონ-მენდელეევის უნივერსალური კანონი

იდეალური აირის მოლეკულების კონცენტრაციის გამოსათვლელად, უნდა გაეცნოთ კანონს, რომელიც აღწერს ნებისმიერი იდეალური გაზის სისტემის მდგომარეობას, მიუხედავად მისი ქიმიური შემადგენლობისა. ეს კანონი ატარებს ფრანგი ემილ კლაპეირონისა და რუსი მეცნიერის დიმიტრი მენდელეევის სახელებს. შესაბამისი განტოლებაა:

PV=nRT.

თანასწორობა ამბობს, რომ P წნევის და V მოცულობის ნამრავლი ყოველთვის პირდაპირპროპორციული უნდა იყოს აბსოლუტური ტემპერატურის T ნამრავლისა და n ნივთიერების რაოდენობაზე იდეალური გაზისთვის. აქ R არის პროპორციულობის კოეფიციენტი, რომელსაც ეწოდება უნივერსალური აირის მუდმივი. ის გვიჩვენებს სამუშაოს რაოდენობას, რომელსაც 1 მოლი აირი აკეთებს გაფართოების შედეგად, თუ ის გაცხელებულია 1 K-ით (R=8, 314 J/(molK))..

მოლეკულების კონცენტრაცია და მისი გამოთვლა

დეფინიციის მიხედვით, ატომების ან მოლეკულების კონცენტრაცია გაგებულია, როგორც სისტემაში ნაწილაკების რაოდენობა, რომელიც ეცემა მოცულობის ერთეულზე. მათემატიკურად შეგიძლიათ დაწეროთ:

c_N=N/V.

სად N არის ნაწილაკების ჯამური რაოდენობა სისტემაში.

სანამ აირის მოლეკულების კონცენტრაციის განსაზღვრის ფორმულას ჩავწერთ, გავიხსენოთ n ნივთიერების რაოდენობის განსაზღვრა და გამოთქმა, რომელიც აკავშირებს R-ის მნიშვნელობას ბოლცმანის მუდმივთან k_B:

n=N/N_A;

k_B=R/N_A.

ამ ტოლობების გამოყენებით, ჩვენ გამოვხატავთ N/V თანაფარდობას მდგომარეობის უნივერსალური განტოლებიდან:

PV=nRT=>

PV=N/N_ART=Nk_BT=>

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

ასე მივიღეთ ფორმულა აირში ნაწილაკების კონცენტრაციის დასადგენად. როგორც ხედავთ, ის სისტემაში წნევის პირდაპირპროპორციულია და აბსოლუტური ტემპერატურის უკუპროპორციულია.

რადგან ნაწილაკების რაოდენობა სისტემაში დიდია, კონცენტრაცია c_N არასასიამოვნოა პრაქტიკული გამოთვლების შესრულებისას. ამის ნაცვლად, უფრო ხშირად გამოიყენება მოლური კონცენტრაცია c_{. იგი განისაზღვრება იდეალური გაზისთვის შემდეგნაირად:}

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

პრობლემის მაგალითი

აუცილებელია ჰაერში ჟანგბადის მოლეკულების მოლური კონცენტრაციის გამოთვლა ნორმალურ პირობებში.

ამ პრობლემის გადასაჭრელად გახსოვდეთ, რომ ჰაერი შეიცავს 21% ჟანგბადს. დალტონის კანონის შესაბამისად, ჟანგბადი ქმნის ნაწილობრივ წნევას 0,21P₀, სადაც P₀=101325 Pa (ერთი ატმოსფერო). ნორმალური პირობები ასევე ითვალისწინებს ტემპერატურას 0 ^{oC(273.15 K).}

ჩვენ ვიცით ყველა საჭირო პარამეტრი ჰაერში ჟანგბადის მოლური კონცენტრაციის გამოსათვლელად. ჩვენ ვიღებთ:

c(O₂)=P/(R T)=0.21101325/(8.314273, 15)=9.37 მოლ/მ^3.

თუ ეს კონცენტრაცია შემცირდება 1 ლიტრამდე, მაშინ მივიღებთ მნიშვნელობას 0,009 მოლ/ლ.

იმისათვის, რომ გაიგოთ რამდენი O₂ მოლეკულა შეიცავს 1 ლიტრ ჰაერს, გაამრავლეთ გამოთვლილი კონცენტრაცია N_A რიცხვზე. ამ პროცედურის დასრულების შემდეგ მივიღებთ უზარმაზარ მნიშვნელობას: N(O₂)=5, 6410^{21მოლეკულები.}