Kimyo · Kimyo asoslari · 7-sinf

Mol, molyar massa va hajm

18 g suv va 2 g vodorodda zarralar soni bir xil. Nega? Bir mol gaz qancha joy oladi?

Vaziyat

Choyxonadagi qirrali stakanda turgan suvda nechta molekula bor — milliardmi, trillionmi? Kimyogarlar zarralarni dona-dona sanamaydi: ular mol bilan sanaydi — xuddi tuxumni o‘ntalab, qog‘ozni pachkalab sanagandek. Bayramdagi geliyli sharlar tepaga intiladi, karbonat angidrid to‘ldirilgan shar esa yerga tushadi, garchi ikkalasining hajmi bir xil bo‘lsa ham. Laboratoriyada esa magniy lentasidan ajralgan vodorod hajmini o‘lchab, metallning ekvivalentini topish mumkin. Bir mol modda qancha tortadi va bir mol gaz qancha joy egallaydi?

Mavzu

Modda miqdori: mol, molyar massa, molyar hajm va ekvivalent. Bir stakan suvda nechta molekula bor? Mol «sanog‘i»dan gaz ballonigacha: 22,4 litr, havo shari va magniy lentasidan ajralgan vodorod hajmi

Asosiy tushunchalar

Avogadro doimiysi
Molyar massa
Molyar hajm

Formulalar

n = \frac{m}{M} = \frac{N}{N_{A}}

Modda miqdori (mol): $m$ — massa, $M$ — molyar massa (g/mol), $N$ — zarralar soni, $N_{A} = 6,022 \cdot 10^{23}$ mol⁻¹.

V = n V_{m}, V_{m} = 22,4 l/mol (n.sh.)

Avogadro qonunidan: normal sharoitda (0 °C, 101,325 kPa) har qanday gazning 1 moli taxminan 22,4 l joy egallaydi.

D_{2} (1) = \frac{M_{1}}{M_{2}}, D_{havo} = \frac{M}{29}

Nisbiy zichlik: bir xil sharoitdagi ikki gaz zichliklari nisbati ularning molyar massalari nisbatiga teng.

p V = n R T = \frac{m}{M} R T

Mendeleyev–Klapeyron tenglamasi: $R = 8,314$ J/(mol·K), $T$ — kelvinda.

E = \frac{A}{valentlik}, E = \frac{m \cdot 11 200}{V_{0} (H_{2})}

Metallning ekvivalent massasi (g/mol): $V_{0}$ — normal sharoitga keltirilgan vodorod hajmi, ml (1 mol-ekv H₂ = 11,2 l).

Nazariya

Modda miqdori va Avogadro doimiysi

Modda miqdori $n$ — moddadagi zarralar (atom, molekula, ion) sonini ko‘rsatuvchi kattalik, birligi — mol. 1 mol — aniq $N_{A} = 6,02214076 \cdot 10^{23}$ ta zarra (2019-yildan bu son aniq qiymat sifatida qabul qilingan; avval 1 mol 12 g uglerod-12 dagi atomlar soni deb ta’riflangan). Mol — kimyogarning «o‘nlik»i: tuxumni o‘ntalab sanaganimiz kabi, atomlarni $6,02 \cdot 10^{23}$ talab sanaymiz. Formula: $n = N / N_{A}$ . Bir stakan (250 ml) suvda taxminan 13,9 mol, ya’ni $8,4 \cdot 10^{24}$ ta molekula bor.

Molyar massa

Molyar massa $M$ — 1 mol moddaning massasi, g/mol; son qiymati nisbiy molekulyar (atom) massaga teng: $M_{r} (H_{2} O) = 18,02$ → $M = 18,02$ g/mol. Shuning uchun $n = m / M$ : 18 g suv, 58,4 g osh tuzi, 342 g shakar va 55,8 g temir — har birida bir xil, $6,02 \cdot 10^{23}$ tadan zarra. Ularning massasi ham, hajmi ham har xil: zarralarning o‘zi har xil og‘irlikda va har xil zichlikda joylashgan. Sahnadagi «1 mol» namunalari o‘lchami haqiqiy zichlikdan hisoblangan.

Avogadro qonuni. Molyar hajm. Gazlar aralashmasi

Avogadro qonuni (1811): bir xil harorat va bosimda teng hajmdagi har qanday gazlarda molekulalar soni bir xil. Demak 1 mol istalgan gaz bir xil hajm egallaydi — molyar hajm: normal sharoitda (n.sh.: 0 °C, 101,325 kPa) $V_{m} \approx 22,4$ l/mol (aniqrog‘i 22,41); 20 °C da taxminan 24,0 l/mol. Gaz zichliklari nisbati molyar massalar nisbatiga teng — nisbiy zichlik $D$ . Havo aralashma (hajm bo‘yicha N₂ 78,08 %, O₂ 20,95 %, Ar 0,93 %, CO₂ ≈ 0,04 %); uning o‘rtacha molyar massasi $\overline{M} = \sum φ_{i} M_{i} \approx 28,96 \approx 29$ g/mol. $M < 29$ bo‘lgan gaz (He, CH₄) havodan yengil — shar ko‘tariladi; $M > 29$ (CO₂) — og‘ir. Qattiq va suyuq moddalarga bu qonun taalluqli emas.

Mendeleyev–Klapeyron tenglamasi

Istalgan sharoitda ideal gaz uchun $p V = n R T = \frac{m}{M} R T$ , $R = 8,314$ J/(mol·K). Bosim kPa da va hajm litrda olinsa, $R$ = 8,314 kPa·l/(mol·K) bo‘ladi. Undan: molyar hajm $V_{m} = R T / p$ (harorat ortsa — kattalashadi, bosim ortsa — kichrayadi), gaz massasi $m = p V M / (R T)$ va molyar massa $M = m R T / (p V)$ . Laboratoriya («Gaz massasi» rejimi): kolba havo bilan va noma’lum gaz bilan tortiladi, hajmi suv bilan o‘lchanadi; $m (havo) = ρ_{havo} V$ , $m (gaz) = m_{2} - m_{1} + m (havo)$ , $M = 29 \cdot m (gaz) / m (havo)$ . Gaz hajmini n.sh. ga keltirish: $V_{0} = V \cdot \frac{p}{101,325} \cdot \frac{273,15}{T}$ .

Ekvivalent va ekvivalentlar qonuni (laboratoriya)

Ekvivalent — 1 mol vodorod atomi (1,008 g H) yoki 8 g kislorod bilan birikadigan yoki uni almashtiradigan modda miqdori. Metallning ekvivalent massasi $E = A / valentlik$ : $E (Mg) = 24,305 : 2 = 12,15$ g/mol, $E (Al) = 26,98 : 3 = 8,99$ g/mol. Ekvivalentlar qonuni: moddalar ekvivalentlariga proporsional massalarda reaksiyaga kirishadi, $m_{1} / m_{2} = E_{1} / E_{2}$ . 1 mol-ekv H₂ (1,008 g) n.sh. da 11,2 l. Tajriba: metall xlorid kislotada eritiladi, H₂ suv ostida evdiometrga yig‘iladi. Gaz suv bug‘i bilan to‘yingan, shuning uchun vodorodning parsial bosimi $p (H_{2}) = p - p (H_{2} O)$ (20 °C da $p (H_{2} O) = 2,34$ kPa). So‘ng $V_{0}$ va $E = m \cdot 11 200 / V_{0}$ . Oksidlanish-qaytarilishda ekvivalent berilgan yoki olingan elektronlar soni bilan aniqlanadi: $E = M / z$ (masalan, kislotali muhitda KMnO₄ uchun $158,0 : 5 = 31,6$ g/mol).

Xavfsizlik va model

Xavfsizlik: xlorid kislota bilan himoya ko‘zoynagi va qo‘lqopda ishlang, kislota ko‘zga yoki teriga tushsa — ko‘p suv bilan yuving. Vodorod havo bilan portlovchi aralashma hosil qiladi — yaqinida olov yoqmang. Gaz ballonlari bilan ishlashni o‘qituvchi ko‘rsatadi. Model: gazlar ideal deb olingan (xona sharoitida xato 1 % dan kam); sharlar rezinasining massasi hisobga olinmagan; metall to‘liq eriydi, kislota mo‘l; suv bug‘i bosimi — Buck (1996) formulasi; zichliklar — CRC ma’lumotnomasi (20 °C). Toshkent dengiz sathidan taxminan 450–500 m balandda, shuning uchun bu yerda barometr odatda 101,3 kPa dan kamroq — taxminan 95–96 kPa ko‘rsatadi; o‘lchovda xonadagi haqiqiy bosimni oling.

Bilasizmi?

Avogadro doimiysi 2019-yildan aniq son sifatida belgilangan: Nₐ = 6,02214076·10²³ mol⁻¹. Mol shu son orqali ta’riflanadi, kilogramm esa Plank doimiysi orqali.
Amedeo Avogadro gipotezasini 1811-yilda e’lon qilgan, ammo bu doimiyni uning nomi bilan atashni 1909-yilda fransuz fizigi Jan Perren taklif qilgan. Perren uni Broun harakati tajribalarida o‘lchab, moddaning atomlardan tuzilganini isbotlagani uchun 1926-yilda Nobel mukofotini olgan.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.