モル体積は、多くのスペースが決定した物質または化合物の1モルを占めているかを示す集約型プロパティです。これは、シンボルのVで表され、M、およびDMの単位で表される3ガスの/モル、及びCM 3後者はより大きく、それらの分子間力によって閉じ込められているという事実に起因し、/ molの液体及び固体用。
この特性は、ガスを含む熱力学システムを研究する場合に再発します。なぜなら、液体と固体の場合、V mを決定する方程式はより複雑で不正確になるためです。したがって、基本的なコースに関する限り、モル体積は常に理想気体理論と関連しています。
エチレン分子の体積は、緑色の楕円体とこの量のアボガドロ数によって表面的に制限されます。出典：ガブリエルボリバル
これは、構造的側面が理想的なガスや完全なガスには無関係であるためです。その粒子はすべて、互いに弾性的に衝突する球として視覚化され、質量やプロパティが何であっても同じように動作します。
これが事実である場合、任意のモルの理想的なガスは、所与の圧力および温度で、同じ体積V mを占める。次に、PとTの通常の条件下で、それぞれ1 atmと0℃の場合、1モルの理想ガスが22.4リットルの体積を占めると言われています。この値は、実際のガスを評価する場合でも役立ち、概算です。
コンセプトと公式
ガス用
種のモル体積を計算するための直接的な式は次のとおりです。
V m = V / n
ここで、Vはそれが占める体積、nはモル単位の種の量です。問題は、V mが分子が経験する圧力と温度に依存することであり、これらの変数を考慮した数式が必要です。
画像のエチレンH 2 C = CH 2は、関連する分子体積が緑色の楕円体によって制限されています。このH 2 C = CH 2は複数の方法で回転できます。これは、あたかもその楕円体が空間内を移動して、占有する体積を視覚化したかのようです（明らかに無視できます）。
ただし、このような緑色の楕円体の体積にアボガドロ数であるN Aを掛けると、エチレン分子のモルになります。互いに相互作用する1モルの楕円体。より高い温度では、分子は互いに分離します。圧力が高くなると、収縮して体積が減少します。
したがって、V mはPとTに依存します。エチレンには平面形状があるため、そのV mがメタンのCH 4と正確かつ完全に同じで、四面体形状であるとは考えられません。楕円体ではなく、球で表されます。
液体および固体用
液体および固体の分子または原子にも独自のV mがあり、これは密度に大まかに関連します。
V m = m /（dn）
温度が液体と固体のモル体積に影響を与えるのは、圧力が液体と固体に急激に変化しないか、または異常な場合（GPaのオーダー）です。同様に、エチレンで述べたように、形状と分子構造はV m値に大きな影響を与えます。
ただし、通常の条件下では、さまざまな液体または固体の密度の大きさがあまり変化しないことが観察されます。同じことがモル体積でも起こります。密度が高いほど、V mは小さくなります。
固体に関しては、それらのモル体積はそれらの結晶構造（それらの単位格子の体積）にも依存します。
モル体積の計算方法は？
液体や固体とは異なり、理想的なガスの場合、PとTおよびそれらの変化の関数としてV mを計算できる方程式があります。これは、理想的なガスのものです。
P = nRT / V
これは、V / nを表すために適応されています。
V / n = RT / P
V m = RT / P
ガス定数R = 0.082 L・atm・K -1・mol -1を使用する場合、温度はケルビン（K）で表し、圧力は大気圧で表す必要があります。ここで、V mが強力な特性である理由が観察されていることに注意してください。TとPはガスの質量とは関係なく、その体積と関係があります。
これらの計算は、ガスが理想に近い動作をする条件下でのみ有効です。ただし、実験を通じて得られた値には、理論上の値と比較して小さな誤差があります。
モル体積の計算の例
例1
密度が8.5・10 -4 g / cm 3のガスYがあります。Yの0.92モルに相当する16グラムがある場合は、そのモル体積を見つけます。
密度の式から、これらの16グラムが占めるYの体積を計算できます。
V = 16 g /（8.5・10 -4 g / cm 3）
= 18,823.52 cm 3または18.82 L
したがって、V mは、この体積を与えられたモル数で割ることによって直接計算されます。
V m = 18.82 L / 0.92 mol
= 20.45 L / molまたはL mol -1またはdm 3 mol -1
演習2
前のYの例では、そのガスの粒子が経験する温度はいつでも指定されていませんでした。Yが大気圧で動作したと仮定して、Yを決定されたモル体積に圧縮するのに必要な温度を計算します。
演習の声明は決議よりも長い。次の方程式を使用します。
V m = RT / P
しかし、Tを解き、大気圧が1 atmであることを知って、次のように解きます。
T = V m P / R
=（20.45 L / mol）（1 atm）/（0.082 L atm / K mol）
= 249.39 K
つまり、Yの1モルは、-23.76 closeCに近い温度で20.45リットルを占めます。
演習3
前の結果に従って、0°C、25°C、大気圧で絶対ゼロでV mを決定します。
温度をケルビンに変換すると、最初に273.17 K、298.15 K、0 Kになります。最初の温度と2番目の温度を代入することで直接解きます。
V m = RT / P
=（0.082 L atm / K mol）（273.15 K）/ 1 atm
= 22.40 L / mol（0ºC）
=（0.082 L atm / K mol）（298.15 K）/ 1 atm
= 24.45 L / mol（25ºC）
最初に22.4リットルの値が言及されました。V mが温度とともにどのように増加するかに注意してください。絶対ゼロを使用して同じ計算を実行する場合、熱力学の第3法則に遭遇します。
（0.082 L atm / K mol）（0 K）/ 1 atm
= 0 L / mol（-273.15ºC）
ガスYは、存在しないモル体積を持つことはできません。これは、それが液体に変換されており、以前の方程式が有効でなくなったことを意味します。
一方、絶対零度でV mを計算することは不可能であり、物質を絶対零度の温度まで冷却することは不可能であるという熱力学の第3法則に従います。
参考文献
- Ira N. Levine。（2014）。物理化学の原則。第6版。Mc Graw Hill。
- Glasstone。（1970）。物理化学条約。第二版。アギラール。
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