Бидний эргэн тойрон дахь биетүүдийг бүрдүүлдэг молекул, атомууд маш жижиг байдгийг та мэдэж байгаа. Химийн урвалын үед тооцоолол хийх, түүнчлэн шингэн ба хий дэх харилцан үйлчлэлгүй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хольцын төлөв байдалд дүн шинжилгээ хийхэд моль фракцын ойлголтыг ашигладаг. Тэдгээр нь юу болох, тэдгээрийг хольцын макроскоп физик хэмжигдэхүүнийг олж авахад хэрхэн ашиглах талаар энэ нийтлэлд авч үзэх болно.
Авогадрогийн дугаар
20-р зууны эхээр Францын эрдэмтэн Жан Перрин хийн хольцтой туршилт хийж байхдаа энэ хийн 1 граммд агуулагдах H2 молекулын тоог хэмжиж байжээ. Энэ тоо асар их тоо болсон (6,0221023). Ийм тоо баримтаар тооцоо хийх нь туйлын тохиромжгүй тул Перрин энэ утгыг Авогадрогийн тоо гэж нэрлэхийг санал болгов. Энэ нэрийг 19-р зууны эхэн үеийн Италийн эрдэмтэн Амедео Авогадрогийн нэрэмжит болгон сонгосон бөгөөд тэрээр Перриний нэгэн адил хийн хольцыг судалж, бүр томъёолж чаддаг байжээ.тэдний хувьд одоогоор түүний овогтой хууль.
Авогадрогийн тоог одоогоор янз бүрийн бодисыг судлахад өргөн ашиглаж байна. Энэ нь макроскоп болон микроскопийн шинж чанаруудыг холбодог.
Бодисын хэмжээ ба молийн масс
60-аад онд Олон улсын жин хэмжүүрийн танхим долоо дахь үндсэн хэмжүүрийг физик нэгжийн (СИ) системд нэвтрүүлсэн. Энэ нь эрвээхэй болсон. Мэнгэ нь тухайн системийг бүрдүүлдэг элементүүдийн тоог харуулдаг. Нэг мэнгэ нь Авогадрогийн тоотой тэнцүү байна.
Моляр масс гэдэг нь тухайн бодисын нэг моль жин юм. Үүнийг нэг моль тутамд граммаар хэмждэг. Моляр масс нь нэмэлт хэмжигдэхүүн бөгөөд өөрөөр хэлбэл тодорхой химийн нэгдлүүдийн хувьд үүнийг тодорхойлохын тулд энэ нэгдлийг бүрдүүлдэг химийн элементүүдийн молийн массыг нэмэх шаардлагатай. Жишээлбэл, метаны молийн масс (CH4) нь:
MCH4=MC + 4МH=12 + 41=16 г/моль.
Өөрөөр хэлбэл 1 моль метан молекул 16 грамм масстай байна.
Мэнгэ бутархай ойлголт
Цэвэр бодис байгальд ховор байдаг. Жишээлбэл, янз бүрийн хольц (давс) нь үргэлж усанд уусдаг; Манай гаригийн агаар нь хийн холимог юм. Өөрөөр хэлбэл, шингэн ба хийн төлөвт байгаа аливаа бодис нь янз бүрийн элементүүдийн холимог юм. Молийн фракц нь мольтой тэнцэх хэмжээний аль хэсгийг нэг буюу өөр бүрэлдэхүүн хэсэг эзэлж байгааг харуулсан утга юм.холимог. Хэрэв бүхэл хольцын бодисын хэмжээг n гэж, i бүрэлдэхүүн хэсгийн бодисын хэмжээг ni гэж тэмдэглэвэл дараах тэгшитгэлийг бичиж болно:
xi=ni / n.
Энд xi нь энэ хольцын i бүрэлдэхүүн хэсгийн моль фракц юм. Эндээс харахад энэ хэмжээ нь хэмжээсгүй юм. Хольцын бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хувьд тэдгээрийн моль фракцын нийлбэрийг дараах томъёогоор илэрхийлнэ:
∑i(xi)=1.
Энэ томъёог авах нь тийм ч хэцүү биш. Үүнийг хийхийн тулд өмнөх илэрхийллийг xi гэж орлуул.
Атомын ашиг сонирхол
Хими дэх асуудлыг шийдвэрлэхдээ ихэвчлэн анхны утгыг атомын хувиар өгдөг. Жишээлбэл, хүчилтөрөгч ба устөрөгчийн холимогт сүүлийнх нь атомын 60% байна. Энэ нь холимог дахь 10 молекулын 6 нь устөрөгчтэй тохирно гэсэн үг юм. Молийн фракц нь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн атомын тоог тэдгээрийн нийт тоонд харьцуулсан харьцаа тул атомын хувь нь тухайн ойлголттой ижил утгатай болно.
Хувьцааг атомын хувь болгон хувиргах нь ердөө хоёр дарааллаар нэмэгддэг. Жишээлбэл, агаар дахь хүчилтөрөгчийн 0.21 моль фракц нь атомын 21%-тай тохирч байна.
Хамгийн тохиромжтой бензин
Мэнгэ бутархай гэсэн ойлголтыг ихэвчлэн хийн хольцтой холбоотой асуудлыг шийдвэрлэхэд ашигладаг. Хэвийн нөхцөлд ихэнх хий (температур 300 К, даралт 1 атм.) тохиромжтой байдаг. Энэ нь хийг бүрдүүлдэг атом, молекулууд бие биенээсээ маш хол зайд оршдог бөгөөд хоорондоо харилцан үйлчлэлцдэггүй гэсэн үг.
Идеал хийн хувьд дараах төлөвийн тэгшитгэл хүчинтэй байна:
PV=nRT.
Энд P, V ба T гурван макроскопийн термодинамик шинж чанарууд юм: даралт, эзэлхүүн, температур. R=8, 314 Ж / (Kмоль) утга нь бүх хийн тогтмол, n нь моль дахь бөөмсийн тоо, өөрөөр хэлбэл бодисын хэмжээ юм.
Төлөв байдлын тэгшитгэл нь гурван макроскоп хийн шинж чанарын аль нэг нь (P, V эсвэл T) хоёр дахь нь тогтмол, гурав дахь нь өөрчлөгдвөл хэрхэн өөрчлөгдөхийг харуулдаг. Жишээлбэл, тогтмол температурт даралт нь хийн эзэлхүүнтэй урвуу хамааралтай байх болно (Бойл-Мариотын хууль).
Бичигдсэн томьёоны хамгийн гайхалтай зүйл бол хийн молекул, атомын химийн шинж чанарыг харгалздаггүй, өөрөөр хэлбэл цэвэр хий болон тэдгээрийн хольцын аль алинд нь хүчинтэй байна.
Далтоны хууль ба хэсэгчилсэн даралт
Холимог дахь хийн моль фракцыг хэрхэн тооцоолох вэ? Үүнийг хийхийн тулд авч үзэж буй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нийт тоо, тэдгээрийн тоог мэдэхэд хангалттай. Гэхдээ та өөрөөр хийж болно.
Холимог дахь хийн моль хэсгийг түүний хэсэгчилсэн даралтыг мэдэж болно. Сүүлийнх нь бусад бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг арилгах боломжтой бол хийн хольцын өгөгдсөн бүрэлдэхүүн хэсэг үүсгэх дарамт гэж ойлгогддог. Хэрэв бид i-р бүрэлдэхүүн хэсгийн хэсэгчилсэн даралтыг Pi, бүх хольцын даралтыг P гэж тэмдэглэвэл энэ бүрэлдэхүүн хэсгийн моль фракцын томъёо дараах хэлбэртэй болно.:
xi=Pi / P.
Учир нь хэмжээбүх xi нь нэгтэй тэнцүү бол бид дараах илэрхийллийг бичиж болно:
∑i(Pi / P)=1, тиймээс ∑i (Pi)=P.
Сүүлийн тэгш байдлыг Далтоны хууль гэж нэрлэдэг бөгөөд үүнийг 19-р зууны эхэн үеийн Британийн эрдэмтэн Жон Далтоны нэрээр нэрлэсэн.
Хэсэг даралтын хууль буюу Далтоны хууль нь идеал хийн төлөвийн тэгшитгэлийн шууд үр дагавар юм. Хэрэв хий дэх атомууд эсвэл молекулууд хоорондоо харилцан үйлчилж эхэлбэл (энэ нь өндөр температур, өндөр даралттай үед тохиолддог) бол Далтоны хууль шударга бус болно. Сүүлчийн тохиолдолд бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн моль фракцыг тооцоолохдоо хэсэгчилсэн даралтын хувьд биш харин бодисын хэмжээгээр томъёог ашиглах шаардлагатай.
Агаар хийн хольц шиг
Холимог дахь бүрэлдэхүүн хэсгийн моль фракцыг хэрхэн олох тухай асуултыг авч үзсэний дараа бид дараах асуудлыг шийдэж байна: xi ба P утгуудыг тооцоол. Агаар дахь бүрэлдэхүүн хэсэг бүрд i.
Хэрэв бид хуурай агаар гэж үзвэл дараах 4 хийн бүрэлдэхүүн хэсгээс бүрдэнэ:
- азот (78.09%);
- хүчилтөрөгч (20.95%);
- аргон (0.93%);
- нүүрстөрөгчийн давхар ислийн хий (0.04%).
Энэ өгөгдлөөс хий тус бүрийн моль фракцыг тооцоолоход маш хялбар байдаг. Үүнийг хийхийн тулд нийтлэлд дээр дурдсанчлан хувь хэмжээг харьцангуйгаар илэрхийлэхэд хангалттай. Дараа нь бид дараахыг авна:
xN2=0, 7809;
xO2=0, 2095;
xAr=0, 0093;
xCO2=0, 0004.
Хэсэгчилсэн даралтДалайн түвшний атмосферийн даралт 101 325 Па буюу 1 атм байгааг харгалзан бид эдгээр агаарын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг тооцоолно. Дараа нь бид дараахыг авна:
PN2=xN2 P=0.7809 атм.;
PO2=xO2 P=0, 2095 атм.;
PAr=xAr P=0.0093 атм.;
PCO2=xCO2 P=0.0004 атм.
Энэ өгөгдөл нь хэрэв та агаар мандлаас бүх хүчилтөрөгч болон бусад хийг зайлуулж, зөвхөн азотыг үлдээвэл даралт 22%-иар буурна гэсэн үг.
Хүчилтөрөгчийн хэсэгчилсэн даралтыг мэдэх нь усан дор шумбаж буй хүмүүсийн хувьд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Тиймээс, хэрэв энэ нь 0.16 атм-аас бага бол хүн тэр даруй ухаан алддаг. Үүний эсрэгээр хүчилтөрөгчийн хэсэгчилсэн даралт нь 1.6 атм-аас хэтэрсэн байна. таталт дагалддаг энэ хийтэй хордлогод хүргэдэг. Тиймээс хүний амьдралд аюулгүй хүчилтөрөгчийн хэсэгчилсэн даралт 0.16 - 1.6 атм дотор байх ёстой.
