Молярний об'єм газів

Після опрацювання параграфа ви зможете:

• назвати молярний об'єм газів за нормальних умов;

• встановити взаємозв’язок між фізичними величинами - масою, молярною масою, об'ємом, кількістю речовини;

• обчислювати об'єм газу за нормальних умов.

Які особливості газуватого стану речовин? Дещо про це вам відомо з курсів природознавства та фізики. Рисунок 18.1 допоможе пригадати, що характерною особливістю газуватого стану є те, що частинки газу не утримуються вкупі. Вони вільно рухаються в об’ємі, значно більшому за об’єм самих частинок. Тобто проміжки між молекулами газу дуже великі, а зв’язки між ними - слабкі.

Слово «газ» (нід. Gas, від давньогрец. хао^) було придумано на початку XVII століття фламандським натуралістом Я.Б. ван Гельмонтом (рис. 18.2) для позначення отриманого ним «мертвого повітря» (вуглекислого газу). Гельмонт зазначав: «Таку пару я назвав газом, тому що він майже не відрізняється від хаосу древніх».

Рис. 18.2. Гельмонт Ян Баптиста ван (1580-1644) -знаменитий фізіолог і хімік. Завдяки йому наука збагатилася такими поняттями, як «газ», «ферменти» тощо. У своїх дослідженнях велику увагу приділяв процесу травлення і його впливу на здоров’я тварини і людини

Як відміряти кількість газуватої речовини. У хімічних розрахунках замість мас газуватих реагентів і продуктів зручніше використовувати їхні об’єми. Щоб відрахувати певне число структурних одиниць газуватої речовини, потрібно знати, як взаємопов’язані кількість речовини, число структурних одиниць у ній та її об’єм.

Порція будь-якої речовини кількістю 1 моль містить 6,02 • 10²³ частинок і має не лише певну масу (пригадайте, як її називають), а й певний об’єм (рис. 18.3).

Молярний об’єм - об’єм речовини кількістю 1 моль.

Молярний об’єм позначають латинською літерою V_m. Його можна визначити як відношення об’єму V порції речовини X до її кількості n у цій порції:

Пригадайте одиниці вимірювання об’єму та кількості речовини. Аналізуючи формулу, за якою обчислюють молярний об’єм, легко дійти таких висновків:

• одиниця вимірювання молярного об’єму - —^ё—;

моль

• існує пряма пропорційна залежність між об’ємом речовини та її кількістю:

Скорочено ці співвідношення можна представити схемою, зображеною на рисунку 18.4.

Як обчислити молярний об’єм речовини. Кожна речовина має певну молярну масу (пригадайте, як її обчислюють за хімічною формулою речовини) й молярний об’єм. Ви, звичайно, пам’ятаєте з курсів природознавства й фізики формулу, яка відбиває взаємозв’язок між масою та об’ємом речовини:

Для твердих речовин і рідин молярні об’єми мають різні значення, а об’єми газуватих речовин за однакових умов - дуже близькі значення.

За нормальних умов молярний об’єм будь-якого газу становить 22,4 —^ё—.

моль

Об'єм 22,4 л - це багато чи мало? Такий об'єм у куба з довжиною ребра 28,2 см. Або сумарний об'єм чотирьох футбольних м'ячів стандарту FIFA (Міжнародна федерація футбольних асоціацій). Сувенір Американського хімічного товариства - пляжний м'яч об'ємом 22,4 л (рис. 18.5).

Власне, величина 22,4 —^ё— є молярним об’ємом ідеального газу за

моль

нормальних умов. Молярні об’єми реальних газів тією або іншою мірою відхиляються від неї (рис. 18.6). Наприклад, об’єм амоніаку NH₃ кількістю речовини 1 моль дорівнює 22,08 л.

Отже, тепер ви знаєте, як взаємопов’язані кількість газуватої речовини та її об’єм. Ці знання й уміння знадобляться вам під час розв’язування розрахункових задач. Пам’ятайте, що ви можете використати схеми на рисунках 16.1, 17.1, 18.4 як своєрідні алгоритми. Розгляньмо приклади.

Задача 1. Обчисліть об’єм (л) азоту N₂ (н. у.) кількістю речовини 5 моль.

Задача 3. Обчисліть молярні об’єми (н. у.) водню H₂, густина якого

становить 0,0899 ^г, та кисню, густина якого становить 1,429 ^г. Вил л

значте середнє значення молярного об’єму газів.

Задача 4. У повітряній кульці міститься водень масою 0,5 г. Обчисліть об’єм (л) газу (н. у.) та кількість його молекул у цій порціі.

ПРО ГОЛОВНЕ

• Молярний об’єм - об’єм речовини кількістю 1 моль.

• Молярний об’єм позначають латинською літерою V. Його можна визначити як відношення об’єму V порції речовини X до її кількості n у цій порції.

• Одиниця вимірювання молярного об’єму -

• Існує пряма пропорційна залежність між об’ємом V речовини X та її кількістю n.

• У твердих речовин і рідин молярні об’єми мають різні значення, натомість об’єми газуватих речовин за однакових умов мають дуже близькі значення.

Задача 5. Обчисліть об’єм (л), масу (г) та число молекул у порції метану CH₄ кількістю речовини 0,2 моль (н. у.).

• За нормальних умов (t = 0 °C; P = 10⁵ Па) молярний об’єм будь-якого газу становить

Перевірте себе

1. Що таке молярний об'єм газів? Як його позначають? 2. Яка одиниця вимірювання молярного об'єму? 3. Який молярний об'єм газів за нормальних умов? 4. Які умови називають нормальними? 5. Який взаємозв'язок між фізичними величинами - масою, молярною масою, об'ємом, кількістю речовини?

Застосуйте свої знання й уміння

1. Обчисліть об'єм (n) кисню (н. у.) кількістю речовини 2,5 моль.

2. Розгляньте схему й назвіть фізичну величину, яка є спільною для її елементів.

3. У кисневій подушці міститься кисень об'ємом 6,72 л (н. у.). Обчисліть кількість речовини (моль) кисню та його масу (г).

4. Досліджуючи дихання рослин, французький ботанік і фармацевт Л. Гарро з'ясував, що 12 бруньок бузку виділили протягом доби вуглекислий газ об'ємом 0,07 л (н. у.). Обчисліть масу (г) вуглекислого газу, який виділили бруньки бузку.

5. Французький хімік, один з фундаторів наукової агрохімії, Ж.Б. Буссенго виявив, що листкова поверхня площею 1 дм² лавровишні й олеандра під час фотосинтезу поглинає на світлі за одну годину в середньому вуглекислий газ об'ємом 5,28 см³ (н. у.). Обчисліть кількість речовини вуглекислого газу та його масу (г), які можуть бути поглинуті листковою поверхнею (площею 10 дм²) цих рослин за 5 годин.

6. Прилад «Кисневий концентратор» призначений для індивідуальної кисневої терапії та для створення сприятливого клімату в приміщеннях. Він виробляє 4 л/хв кисню. Обчисліть кількість речовини (моль) та масу (г) кисню, який (за н. у.) виробить цей прилад за годину.

7. Молярна маса газу дорівнює 36,5 ^г . Обчисліть масу (г) цього газу об'ємом

4,48 л(н. у.). ^моль

Творча майстерня

1. Щоб гарантувати гравцям усього світу однаковий рівень функціональних характеристик м’ячів, FIFA встановила стандарти якості. Відповідно до них, зокрема, незмінна довжина окружності м’яча є важливим чинником, який забезпечує оптимальний контроль під час дриблінгу й ведення м’яча. Згідно зі стандартом FIFA, довжина окружності м'яча має дорівнювати 68,5-69,5 см. Дізнайтеся з доступних джерел інформації (за потреби проконсультуйтеся з учителем математики), як пов'язані: а) радіус окружності та її довжина; б) об'єм кулі та її радіус. Обчисліть об'єм футбольного м'яча й визначте, чи достовірною є інформація, наведена в рубриці «Цікаво і пізнавально».

2. Виготовте з доступних матеріалів модель молярного об'єму газів (н. у.).

Це матеріал з підручника Хімія 8 клас Лашевська