Идеал газ молекулаларының концентрациясы. Формулалар және есеп үлгісі

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-02 17:50

Газ белсенді бетінің үлкен ауданына және жүйені құрайтын бөлшектердің кинетикалық энергиясының жоғары болуына байланысты сұйық және қатты денелермен салыстырғанда жоғары реактивтілікке ие. Бұл жағдайда газдың химиялық белсенділігі, оның қысымы және кейбір басқа параметрлері молекулалардың концентрациясына байланысты. Бұл мәннің не екенін және оны қалай есептеуге болатынын осы мақалада қарастырайық.

Біз қандай газ туралы айтып отырмыз?

Бұл мақалада идеалды газдар қарастырылады. Олар бөлшектердің өлшемін және олардың арасындағы өзара әрекеттесуді елемейді. Идеал газдарда болатын жалғыз процесс бөлшектер мен ыдыс қабырғалары арасындағы серпімді соқтығыстар болып табылады. Бұл соқтығыстардың нәтижесі абсолютті қысым болып табылады.

Кез келген нақты газ өзінің қасиеттері бойынша идеалға жақындайды, егер оның қысымы немесе тығыздығы азайып, абсолютті температурасы жоғарыласа. Соған қарамастан, тығыздығы төмен және жоғары болса да химиялық заттар бартемпература идеал газдан алыс. Мұндай заттың жарқын және белгілі мысалы - су буы. Оның молекулалары (H_{2O) өте полярлы (оттегі сутегі атомдарынан электрон тығыздығын тартып алады). Полярлық олардың арасындағы айтарлықтай электростатикалық әсерлесуге әкеледі, бұл идеал газ түсінігін өрескел бұзу болып табылады.}

Клапейрон-Менделеевтің бүкіләлемдік заңы

Идеал газдың молекулаларының концентрациясын есептей алу үшін оның химиялық құрамына қарамастан кез келген идеал газ жүйесінің күйін сипаттайтын заңмен танысу керек. Бұл заңда француз Эмиль Клапейрон мен орыс ғалымы Дмитрий Менделеевтің есімдері бар. Сәйкес теңдеу:

PV=nRT.

Теңдік P қысымы мен V көлемінің көбейтіндісі әрқашан идеал газ үшін абсолютті температура T және n затының көбейтіндісіне тура пропорционал болуы керек екенін айтады. Мұндағы R пропорционалдық коэффициенті, оны әмбебап газ тұрақтысы деп атайды. Ол 1 моль газды 1 К қыздырса (R=8, 314 Дж/(мольК)) кеңею нәтижесінде атқаратын жұмыс көлемін көрсетеді.

Молекулалардың концентрациясы және оны есептеу

Анықтамаға сәйкес атомдар немесе молекулалар концентрациясы жүйедегі бірлік көлемге түсетін бөлшектердің саны ретінде түсініледі. Математикалық түрде мынаны жаза аласыз:

c_N=N/V.

Мұндағы N - жүйедегі бөлшектердің жалпы саны.

Газ молекулаларының концентрациясын анықтау формуласын жазбас бұрын, n зат мөлшерінің анықтамасын және R мәнін Больцман тұрақтысына k_{B байланыстыратын өрнекті еске түсірейік.:}

n=N/N_A;

k_B=R/N_A.

Осы теңдіктерді пайдалана отырып, әмбебап күй теңдеуінен N/V қатынасын өрнектейміз:

PV=nRT=>

PV=N/N_ART=Nk_BT=>

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

Сонымен біз газдағы бөлшектердің концентрациясын анықтау формуласын алдық. Көріп отырғаныңыздай, ол жүйедегі қысымға тура пропорционал және абсолютті температураға кері пропорционал.

Жүйедегі бөлшектердің саны көп болғандықтан, c_N концентрациясын практикалық есептеулерді орындау кезінде пайдалану ыңғайсыз. Оның орнына c _{молярлық концентрациясы жиірек пайдаланылады. Ол идеалды газ үшін келесідей анықталады:}

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

Мысалы мәселе

Қалыпты жағдайда ауадағы оттегі молекулаларының молярлық концентрациясын есептеу қажет.

Бұл мәселені шешу үшін ауада 21% оттегі бар екенін есте сақтаңыз. Дальтон заңына сәйкес оттегі 0,21P₀ парциалды қысым жасайды, мұнда P₀=101325 Па (бір атмосфера). Қалыпты жағдайлар 0 ^{oC температурасын да болжайды.(273,15 К).}

Біз ауадағы оттегінің молярлық концентрациясын есептеу үшін барлық қажетті параметрлерді білеміз. Біз аламыз:

c(O₂)=P/(R T)=0,21101325/(8,314273, 15)=9,37 моль/м^3.

Егер бұл концентрацияны 1 литр көлемге дейін азайтса, онда 0,009 моль/л мәнін аламыз.

1 литр ауада қанша O₂ молекула бар екенін түсіну үшін есептелген концентрацияны N_A санына көбейтіңіз. Бұл процедураны орындағаннан кейін біз үлкен мән аламыз: N(O₂)=5, 6410^{21молекулалар.}