Молярный объем - Molar volume
В химии и смежных областях молярный объем (символ V m) или вещества - это объем, занимаемый одним молью вещества при данной температуре и давлении . Он равен молярной массе ( M ), деленной на массовую плотность ( ρ ):
В системе СИ используется единица измерения кубических метров на моль (м 3 / моль), хотя обычно более практично использовать единицы кубические дециметры на моль (дм 3 / моль) для газов и кубические сантиметры на моль (см 3 / моль). ) для жидкостей и твердых тел .
Определение
Молярный объем вещества i определяется как его молярная масса, деленная на его плотность ρ i 0 :
- .
Для идеальной смеси, содержащей N компонентов, молярный объем смеси представляет собой взвешенную сумму молярных объемов ее отдельных компонентов. Для реальной смеси молярный объем нельзя рассчитать, не зная плотности:
- .
Существует множество смесей жидкость-жидкость, например, смешивание чистого этанола и чистой воды , которые могут испытывать сжатие или расширение при смешивании. Этот эффект представлен количеством избыточного объема смеси, примером избыточного свойства .
Отношение к удельному объему
Молярный объем связан с удельным объемом продукта с молярной массой . Это следует из вышеизложенного, где удельный объем обратно пропорционален плотности вещества:
- .
Идеальные газы
Для идеальных газов молярный объем определяется уравнением идеального газа ; это хорошее приближение для многих обычных газов при стандартной температуре и давлении . Уравнение идеального газа можно переформулировать, чтобы получить выражение для молярного объема идеального газа:
Следовательно, для заданных температуры и давления молярный объем одинаков для всех идеальных газов и основан на газовой постоянной : R =8,314 462 618 153 24 м 3 Па⋅К −1 моль −1 , или около8.205 736 608 095 96 × 10 −5 м 3 атм⋅K −1 mol −1 .
Молярный объем идеального газа при 100 кПа (1 бар ) равен
- 0,022 710 954 641 485 ... м 3 / моль при 0 ° C,
- 0,024 789 570 296 023 ... м 3 / моль при 25 ° C.
Молярный объем идеального газа при давлении 1 атмосфера равен
- 0,022 413 969 545 014 ... м 3 / моль при 0 ° C,
- 0,024 465 403 697 038 ... м 3 / моль при 25 ° C.
Кристаллические твердые тела
Для кристаллических твердых веществ молярный объем может быть измерен с помощью рентгеновской кристаллографии . Объем элементарной ячейки ( V ячейка ) может быть рассчитан из параметров элементарной ячейки , определение которых является первым шагом в эксперименте по рентгеновской кристаллографии (расчет выполняется автоматически программным обеспечением для определения структуры). Это связано с молярным объемом соотношением
где N A - постоянная Авогадро, а Z - количество формульных единиц в элементарной ячейке. Результат обычно обозначается как «кристаллографическая плотность».
Молярный объем кремния
Кремний обычно производится для электронной промышленности, и измерение молярного объема кремния, как с помощью рентгеновской кристаллографии, так и с помощью отношения молярной массы к массовой плотности, привлекло большое внимание с момента новаторской работы в NIST в 1974 г.). Интерес связан с тем, что точные измерения объема элементарной ячейки, атомного веса и массовой плотности чистого кристаллического твердого вещества обеспечивают прямое определение постоянной Авогадро.
Рекомендуемое значение CODATA для молярного объема кремния составляет 1,205 883 199 (60) × 10 -5 м 3 ⋅mol -1 , с относительной стандартной неопределенности4,9 × 10 −8 .