Өздеріңіз білетіндей, бізді қоршаған заттарды құрайтын молекулалар мен атомдар өте кішкентай. Химиялық реакциялар кезінде есептеулерді жүргізу үшін, сондай-ақ сұйықтар мен газдардағы өзара әрекеттеспейтін компоненттер қоспасының әрекетін талдау үшін мольдік фракциялар түсінігі қолданылады. Олар дегеніміз не және оларды қоспаның макроскопиялық физикалық шамаларын алу үшін қалай пайдалануға болады, осы мақалада талқыланады.
Авогадро нөмірі
20 ғасырдың басында француз ғалымы Жан Перрен газ қоспаларымен тәжірибелер жүргізе отырып, осы газдың 1 граммындағы H2 молекулаларының санын өлшеген. Бұл сан үлкен сан болып шықты (6 0221023). Мұндай сандармен есептеулер жүргізу өте ыңғайсыз болғандықтан, Перрен бұл мәнге атауды ұсынды - Авогадро саны. Бұл атау 19 ғасырдың басындағы итальяндық ғалым Амедео Авогадро құрметіне таңдалды, ол Перрин сияқты газ қоспаларын зерттеген және тіпті тұжырымдай білген.олар үшін қазіргі уақытта оның фамилиясымен аталатын заң.
Авогадро саны қазіргі уақытта әртүрлі заттарды зерттеуде кеңінен қолданылады. Ол макроскопиялық және микроскопиялық сипаттамаларды байланыстырады.
Зат мөлшері және молярлық масса
60-жылдары Салмақ пен өлшемнің халықаралық палатасы жетінші негізгі өлшем бірлігін физикалық өлшем бірліктер жүйесіне (СИ) енгізді. Ол көбелекке айналды. Моль қарастырылып отырған жүйені құрайтын элементтердің санын көрсетеді. Бір моль Авогадро санына тең.
Молярлық масса – берілген заттың бір мольінің салмағы. Ол бір мольге грамммен өлшенеді. Молярлық масса – аддитивті шама, яғни оны белгілі бір химиялық қосылыс үшін анықтау үшін осы қосылысты құрайтын химиялық элементтердің молярлық массаларын қосу керек. Мысалы, метанның молярлық массасы (CH4):
MCH4=MC + 4MH=12 + 41=16 г/моль.
Яғни, 1 моль метан молекуласының массасы 16 грамм болады.
Мольдік бөлшек туралы түсінік
Таза заттар табиғатта сирек кездеседі. Мысалы, әртүрлі қоспалар (тұздар) әрқашан суда еріген; Біздің планетамыздың ауасы газдардың қоспасы. Басқаша айтқанда, сұйық және газ күйіндегі кез келген зат әртүрлі элементтердің қоспасы болып табылады. Мольдік үлес - мольдік эквиваленттің қандай бөлігін бір немесе басқа компонент алатынын көрсететін мән.қоспалар. Егер бүкіл қоспаның затының мөлшері n деп, ал i компонентінің затының мөлшері ni деп белгіленсе, онда келесі теңдеуді жазуға болады:
xi=ni / n.
Мұнда xi - осы қоспаның i компонентінің мольдік үлесі. Көріп отырғанымыздай, бұл шама өлшемсіз. Қоспаның барлық компоненттері үшін олардың мольдік үлестерінің қосындысы келесі формуламен өрнектеледі:
∑i(xi)=1.
Бұл формуланы алу қиын емес. Ол үшін алдыңғы өрнекті xi орнына қойыңыз.
Атомдық қызығушылық
Химиядан есептерді шығарғанда көбінесе бастапқы мәндер атомдық пайызбен беріледі. Мысалы, оттегі мен сутегі қоспасында соңғысы 60 атомдық% құрайды. Бұл қоспадағы 10 молекуланың 6-ы сутегіге сәйкес келетінін білдіреді. Мольдік үлес құрамдас атомдар санының олардың жалпы санына қатынасы болғандықтан, атомдық пайыздар қарастырылып отырған ұғыммен синоним болып табылады.
Үлестерді атомдық пайыздарға айырбастау оларды жай ғана екі реттік шамаға көбейту арқылы жүзеге асырылады. Мысалы, ауадағы оттегінің 0,21 моль үлесі 21 атомдық % сәйкес келеді.
Идеал газ
Мольдік фракциялар ұғымы газ қоспаларымен есептер шығаруда жиі қолданылады. Қалыпты жағдайда газдардың көпшілігі (температура 300 К және қысым 1 атм.) идеалды. Бұл газды құрайтын атомдар мен молекулалардың бір-бірінен үлкен қашықтықта орналасқанын және бір-бірімен әрекеттеспейтінін білдіреді.
Идеал газдар үшін келесі күй теңдеуі жарамды:
PV=nRT.
Мұнда P, V және T үш макроскопиялық термодинамикалық сипаттамалар: сәйкесінше қысым, көлем және температура. R=8, 314 Дж / (Kмоль) мәні барлық газдар үшін тұрақты шама, n - мольдегі бөлшектердің саны, яғни зат мөлшері.
Күй теңдеуі үш макроскопиялық газ сипаттамасының (P, V немесе T) біреуі, егер олардың екіншісі бекітіліп, үшіншісі өзгерсе, қалай өзгеретінін көрсетеді. Мысалы, тұрақты температурада қысым газдың көлеміне кері пропорционал болады (Бойль-Мариот заңы).
Жазылған формуланың ең таңғаларлық жері, онда газдың молекулалары мен атомдарының химиялық табиғаты ескерілмейді, яғни ол таза газдар үшін де, олардың қоспалары үшін де жарамды.
Дальтон заңы және ішінара қысым
Қоспадағы газдың мольдік үлесін қалай есептейді? Ол үшін қарастырылатын компонент үшін бөлшектердің жалпы санын және олардың санын білу жеткілікті. Дегенмен, басқаша істеуге болады.
Қоспадағы газдың мольдік үлесін оның парциалды қысымын білу арқылы табуға болады. Соңғысы газ қоспасының берілген құрамдас бөлігі барлық басқа компоненттерді алып тастау мүмкін болған жағдайда тудыратын қысым ретінде түсініледі. Егер i-ші құрамдас бөліктің парциалды қысымын Pi деп, ал бүкіл қоспаның қысымын P деп белгілесек, онда осы компонент үшін мольдік үлестің формуласы келесідей болады.:
xi=Pi / P.
Себебі сомабарлығының xi бірге тең болса, келесі өрнекті жаза аламыз:
∑i(Pi / P)=1, демек ∑i (Pi)=P.
Соңғы теңдік Дальтон заңы деп аталады, ол 19 ғасырдың басындағы британдық ғалым Джон Далтонның атымен аталған.
Жартылай қысым заңы немесе Дальтон заңы идеал газдардың күй теңдеуінің тікелей салдары болып табылады. Егер газдағы атомдар немесе молекулалар бір-бірімен әрекеттесе бастаса (бұл жоғары температурада және жоғары қысымда болады), онда Дальтон заңы әділетсіз. Соңғы жағдайда компоненттердің мольдік үлесін есептеу үшін парциалды қысым бойынша емес, заттың мөлшері бойынша формуланы қолдану қажет.
Газ қоспасы ретіндегі ауа
Қоспадағы компоненттің мольдік үлесін қалай табуға болады деген сұрақты қарастыра отырып, біз келесі есепті шешеміз: xi және P мәндерін есептеңіз. i ауадағы әрбір компонент үшін.
Егер құрғақ ауаны қарастыратын болсақ, онда ол келесі 4 газ компонентінен тұрады:
- азот (78,09%);
- оттегі (20,95%);
- аргон (0,93%);
- көмірқышқыл газы (0,04%).
Осы деректерден әрбір газдың мольдік үлесін есептеу өте оңай. Ол үшін жоғарыда мақалада айтылғандай салыстырмалы түрде пайыздарды көрсету жеткілікті. Сонда біз аламыз:
xN2=0, 7809;
xO2=0, 2095;
xAr=0, 0093;
xCO2=0, 0004.
Ішінара қысымтеңіз деңгейіндегі атмосфералық қысым 101 325 Па немесе 1 атм болатынын ескере отырып, біз осы ауа компоненттерін есептейміз. Сонда біз аламыз:
PN2=xN2 P=0,7809 атм.;
PO2=xO2 P=0, 2095 атм.;
PAr=xAr P=0,0093 атм.;
PCO2=xCO2 P=0,0004 атм.
Бұл деректер атмосферадан барлық оттегі мен басқа газдарды алып тастап, тек азот қалдырсаңыз, қысым 22%-ға төмендейтінін білдіреді.
Оттегінің парциалды қысымын білу су астында сүңгетін адамдар үшін маңызды рөл атқарады. Сонымен, егер ол 0,16 атм.-ден аз болса, онда адам бірден есін жоғалтады. Керісінше, оттегінің парциалды қысымы 1,6 атм белгісінен асады. бұл газбен улануға әкеледі, бұл конвульсиялармен бірге жүреді. Осылайша, оттегінің адам өмірі үшін қауіпсіз парциалды қысымы 0,16 - 1,6 атм шегінде болуы керек.
