Идеал хийн молекулуудын концентраци. Томьёо ба жишээ асуудал

2024 Зохиолч: Angel Austin | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-02 17:52

Хий нь идэвхтэй гадаргуугийн том талбай, системийг бүрдүүлэгч хэсгүүдийн кинетик энерги өндөр байдаг тул шингэн болон хатуу биетэй харьцуулахад өндөр урвалд ордог. Энэ тохиолдолд хийн химийн идэвхжил, түүний даралт болон бусад зарим үзүүлэлтүүд нь молекулуудын концентрацаас хамаарна. Энэ утга нь юу болох, хэрхэн тооцоолохыг энэ нийтлэлд авч үзье.

Бид ямар хийн тухай яриад байна вэ?

Энэ нийтлэлд хамгийн тохиромжтой хий гэж нэрлэгддэг хийүүдийг авч үзэх болно. Тэд бөөмсийн хэмжээ, тэдгээрийн хоорондын харилцан үйлчлэлийг үл тоомсорлодог. Тохиромжтой хийд тохиолддог цорын ганц процесс бол бөөмс ба савны хананы хоорондох уян харимхай мөргөлдөөн юм. Эдгээр мөргөлдөөний үр дүн нь үнэмлэхүй даралт юм.

Аливаа бодит хий нь даралт, нягтыг нь бууруулж, үнэмлэхүй температурыг нь нэмэгдүүлсэн тохиолдолд шинж чанараараа хамгийн тохиромжтойд ойртдог. Гэсэн хэдий ч бага, өндөр нягтралтай байсан ч химийн бодисууд байдагтемператур нь хамгийн тохиромжтой хийнээс хол байна. Ийм бодисын гайхалтай бөгөөд алдартай жишээ бол усны уур юм. Баримт нь түүний молекулууд (H_{2O) нь туйлшрал ихтэй байдаг (хүчилтөрөгч нь электрон нягтыг устөрөгчийн атомаас холдуулдаг). Туйлшрал нь тэдгээрийн хооронд мэдэгдэхүйц электростатик харилцан үйлчлэлд хүргэдэг бөгөөд энэ нь идеал хийн тухай ойлголтыг бүдүүлгээр зөрчиж байна.}

Клапейрон-Менделеевийн бүх нийтийн хууль

Идеал хийн молекулуудын концентрацийг тооцоолохын тулд химийн найрлагаас үл хамааран аливаа идеал хийн системийн төлөв байдлыг тодорхойлдог хуультай танилцах хэрэгтэй. Энэ хуульд Францын иргэн Эмиль Клапейрон, Оросын эрдэмтэн Дмитрий Менделеев нарын нэрс бий. Харгалзах тэгшитгэл нь:

PV=nRT.

Тэгш байдал нь P даралтын үржвэр ба V эзэлхүүний үржвэр нь төгс хийн T туйлын температур ба n бодисын хэмжээтэй үргэлж шууд пропорциональ байх ёстойг хэлдэг. Энд R нь пропорциональ байдлын коэффициент бөгөөд үүнийг бүх нийтийн хийн тогтмол гэж нэрлэдэг. Энэ нь 1 моль хий 1К (R=8, 314 Ж/(мольК))-аар халсан тохиолдолд тэлэлтийн үр дүнд хийх ажлын хэмжээг харуулав.

Молекулын концентраци ба түүний тооцоо

Тодорхойлолтын дагуу атом буюу молекулын концентрацийг нэгж эзэлхүүнд ногдох систем дэх бөөмсийн тоо гэж ойлгодог. Математикийн хувьд та бичиж болно:

c_N=N/V.

Энд N нь систем дэх бөөмсийн нийт тоо юм.

Хийн молекулуудын концентрацийг тодорхойлох томьёог бичихийн өмнө n бодисын хэмжээг тодорхойлох тодорхойлолт болон R-ийн утгыг Больцманы тогтмол k_{B-тай холбосон илэрхийллийг эргэн санацгаая.:}

n=N/N_A;

k_B=R/N_A.

Эдгээр тэгшитгэлийг ашиглан бид бүх нийтийн төлөвийн тэгшитгэлээс N/V харьцааг илэрхийлнэ:

PV=nRT=>

PV=N/N_ART=Nk_BT=>

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

Тиймээс бид хий дэх бөөмсийн концентрацийг тодорхойлох томъёог авсан. Таны харж байгаагаар энэ нь систем дэх даралттай шууд пропорциональ, үнэмлэхүй температуртай урвуу пропорциональ байна.

Систем дэх бөөмсийн тоо их байдаг тул c_N концентрацийг практик тооцоолол хийхэд ашиглахад тохиромжгүй. Үүний оронд молийн концентраци c _{илүү их ашиглагддаг. Үүнийг хамгийн тохиромжтой хийн хувьд дараах байдлаар тодорхойлно:}

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

Жишээ асуудал

Хэвийн нөхцөлд агаар дахь хүчилтөрөгчийн молекулын молийн концентрацийг тооцоолох шаардлагатай.

Энэ асуудлыг шийдэхийн тулд агаар 21% хүчилтөрөгч агуулдаг гэдгийг санаарай. Далтоны хуулийн дагуу хүчилтөрөгч нь 0.21P₀ хэсэгчилсэн даралтыг үүсгэдэг ба P₀=101325 Па (нэг атмосфер). Хэвийн нөхцөлд мөн 0 ^{oC температурыг тооцдог.(273.15 К).}

Агаар дахь хүчилтөрөгчийн молийн концентрацийг тооцоолоход шаардлагатай бүх параметрүүдийг бид мэднэ. Бид дараахыг авна:

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

Хэрэв энэ концентрацийг 1 литр эзэлхүүн болгон бууруулвал бид 0.009 моль/л утгыг авна.

1 литр агаарт хичнээн O₂ молекул агуулагддагийг ойлгохын тулд тооцоолсон концентрацийг N_A тоогоор үржүүлнэ. Энэ процедурыг дуусгасны дараа бид маш том утгыг авна: N(O₂)=5, 6410^{21молекулууд.}