Volumul molar al gazelor

 În baza legii lui Avogadro ºi a consecinþei ei, vom calcula volumul diferitor gaze în condiþii normale. Substanþele pot fi caracterizate prin mai multe mãrimi fizice: masã (m), cantitate de substanþã (n), volum (V). Dintre aceste mãrimi, practic pot fi mãsurate masa ºi volumul. Dar cum am putea mãsura cantitatea de substanþã? Ne-am obiºnuit sã facem legãtura dintre masã ºi cantitatea de substanþã cu ajutorul masei molare: Dupã studierea acestui capitol, vei fi capabil: – sã explici legea lui Avogadro ºi nofliunea „voluml molar“ al gazelor; – sã efectuezi diverse calcule privind masa ºi volumul gazelor. m M = —; de unde m = M . n

Dacã, de exemplu, trebuie sã luãm 1 mol de apã, calculãm mai întîi masa acestei cantitãþi, ºtiind cã M(H2O)= 18 g/mol: m = M . n, m(H2O) = 18 g/mol . 1 mol = 18 g, apoi, cu ajutorul balanþei, cîntãrim aceastã masã. Din fizicã se ºtie cã densitatea diferitor substanþe este o mãrime care exprimã raportul dintre masa ºi volumul lor: ªtiind cã densitatea apei este egalã cu 1 g/cm 3 , putem calcula volumul apei cu cantitatea de substanþã 1 mol: r = —m; (g/cm 3 ; kg/m 3 ; g/l) V a) b) c) f) h) d) e) Fig. 3.1. Vasele de pe masã conþin cîte 1 mol de substanþã: a) zahãr; b) plumb; c) dicromat de potasiu; d) mercur; e) apã; f) cupru; g) clorurã de sodiu; h) sulf. g) m(H2O) 18 g V = ————; V(H2O) = ———— = 18 cm 3 r(H2O) 1 g/cm 3 Volumul îl putem mãsura cu ajutorul unui cilindru, iar 1 mol de substanþã solidã poate fi cîntãrit. Dar cum procedãm în cazul substanþelor gazoase? Este foarte dificil sã cîntãreºti un gaz. Gazele se caracterizeazã prin volum. De aceea, o porþiune de gaz cu o cantitate de substanþã oarecare poate fi mãsuratã folosind relaþia dintre volum ºi cantitatea de substanþã. Sã stabilim aceastã relaþie. Vom calcula volumul unor gaze (O2, H2, CO2), considerînd cantitatea de substanþã în fiecare caz egalã cu 1 mol. Volumul ºi densitatea substanþelor gazoase vor fi considerate în condiþii normale. Densitatea fiecãrui gaz (r) este o mãrime determinatã (vezi tabelul 3.1). Succesiunea operaþiilor: 1. Calculãm masa oxigenului cu cantitatea de substanþã 1 mol (densitatea oxigenului o gãsim în tabelul 3.1): m = M . n; m(O2) = 32 g/mol . 1 mol = 32 g 2. Calculãm volumul acestei mase de oxigen: m m 32 g r = —; V = —; V(O2) = –––—— = 22,4 l V r 1,43 g/l În mod similar putem efectua calculele ºi pentru celelalte gaze (H2, CO2). Tabelul 3.1 este propus spre a fi completat ºi a fi determinate volumele respective. 64 Starea gazoasã a substanþelor Tabelul 3.1. Determinarea volumului unor substanþe gazoase (c.n.), lichide ºi solide Substanþa Masa Cantitatea Masa Densitatea Volumul Volumul molarã M de sub- m=M× n r (c.n.) m molar (c.n.) stanþã n V= –– r V (c.n.) Vm= –– n O2 (gaz) 32 g/mol 1 mol 32 g 1,43 g/l 22,4 l 22,4 l H2 (gaz) ? 1 mol ? 0,09 g/l 22,4 l ? CO2 (gaz) ? 1 mol 44 g 1,96 g/l 22,4 l 22,4 l/mol CO2 (gaz) ? 0,5 mol ? 1,96 g/l ? 22,4 l/mol CO2 (gaz) ? 2 mol 88 g 1,96 g/l 44,8 l 22,4 l/mol H2O (lichid) 18 g/mol 1 mol 18 g 1 g/ml ? ? NaCl (solid) 58,5 g/mol 1 mol ? 2,178 g/cm3 0,027 l 0,027 l/mol Fig. 3.2. Volumul molar al diferitor substanþe. 22,4 l Gaz H2O (lichid) S (solid) Zn (solid) Sare (solid) 3.3. Calcule pe baza noþiunii de „volum molar“ Generalizînd datele din tabel, ajungem la urmãtoarele concluzii: 1. Pentru orice gaz, în condiþii normale, raportul dintre volum ºi cantitatea de substanþã este o mãrime constantã: V 22,4 l 11,2 l 44,8 l — = ––—— = –––—–– = –––—— = 22,4 l/mol n 1 mol 0,5 mol 2 mol Raportul dintre volum ºi cantitatea de substanþã se numeºte volum molar (Vm). V Vm = — (l/mol; m3 /mol) n Pentru toate gazele, în condiþii normale, volumul molar este egal cu 22,4 l/mol. 2. Orice gaz cu cantitatea de substanþã 1 mol ocupã, în condiþii normale, unul ºi acelaºi volum de 22,4 l, deoarece conþine acelaºi numãr de molecule, egal cu 6,023 . 1023 (numãrul lui Avogadro). Spre deosebire de gaze, substanþele lichide ºi solide au diverse valori ale volumului molar (fig. 3.1 ºi 3.2, tabelul 3.1).