Molarvolumen - Molar volume

In der Chemie und verwandten Gebieten ist das molare Volumen , Symbol V m , oder eines Stoffes das Volumen, das ein Mol davon bei einer gegebenen Temperatur und einem gegebenen Druck einnimmt . Es ist gleich der molaren Masse ( M ) durch die geteilte Massendichte ( ρ ):

Es hat die SI - Einheit von Kubikmetern pro Mol (m 3 / mol), obwohl es in der Regel praktischer ist , um die Einheiten zu verwenden Kubikdezimeter pro Mol (dm 3 / mol) für Gase und Kubikzentimeter pro Mol (cm 3 / mol ) für Flüssigkeiten und Feststoffe .

Definition

Volumenänderung mit steigendem Ethanolanteil.

Das Molvolumen eines Stoffes i ist definiert als seine Molmasse geteilt durch seine Dichte ρ i 0 :

.

Für eine ideale Mischung mit N Komponenten ist das Molvolumen der Mischung die gewichtete Summe der Molvolumina ihrer einzelnen Komponenten. Für eine reale Mischung kann das Molvolumen ohne Kenntnis der Dichte nicht berechnet werden:

.

Es gibt viele Flüssig-Flüssig-Mischungen, zum Beispiel das Mischen von reinem Ethanol und reinem Wasser , die beim Mischen eine Kontraktion oder Expansion erfahren können. Dieser Effekt wird durch die Menge dargestellt überschüssiges Volumen der Mischung, ein Beispiel für überschüssige Eigenschaft .

Verhältnis zum spezifischen Volumen

Das Molvolumen wird durch das Produkt mit der Molmasse auf das spezifische Volumen bezogen . Dies folgt aus oben, wobei das spezifische Volumen der Kehrwert der Dichte eines Stoffes ist:

.

Ideale Gase

Für ideale Gase ist das Molvolumen durch die ideale Gasgleichung gegeben ; Dies ist eine gute Näherung für viele gängige Gase bei Standardtemperatur und -druck . Die ideale Gasgleichung kann umgestellt werden, um einen Ausdruck für das molare Volumen eines idealen Gases zu geben:

Daher ist das Molvolumen bei gegebener Temperatur und Druck für alle idealen Gase gleich und basiert auf der Gaskonstante : R  =8.314 462 618 153 24  m 3 ⋅Pa⋅K −1 ⋅mol −1 oder ungefähr8.205 736 608 095 96 × 10 −5  m 3 ⋅atm⋅K −1 ⋅mol −1 .

Das Molvolumen eines idealen Gases bei 100  kPa (1  bar ) ist

0,022 710 954 641 485 ... m 3 /mol bei 0 °C,
0,024 789 570 296 023 ... m 3 /mol bei 25 °C.

Das Molvolumen eines idealen Gases bei 1 Atmosphäre Druck ist

0,022 413 969 545 014 ... m 3 /mol bei 0 °C,
0,024 465 403 697 038 ... m 3 /mol bei 25 °C.

Kristalline Feststoffe

Bei kristallinen Feststoffen kann das Molvolumen durch Röntgenkristallographie gemessen werden . Das Elementarzellenvolumen ( V cell ) kann aus den Elementarzellenparametern berechnet werden, deren Bestimmung der erste Schritt in einem Röntgenkristallographie-Experiment ist (die Berechnung wird automatisch von der Strukturbestimmungssoftware durchgeführt). Dies hängt mit dem molaren Volumen zusammen durch

wobei N A die Avogadro-Konstante und Z die Anzahl der Formeleinheiten in der Elementarzelle ist. Das Ergebnis wird normalerweise als "kristallographische Dichte" angegeben.

Molvolumen von Silizium

Silizium wird routinemäßig für die Elektronikindustrie hergestellt, und die Messung des molaren Volumens von Silizium, sowohl durch Röntgenkristallographie als auch durch das Verhältnis von Molmasse zu Massendichte, hat seit den Pionierarbeiten am NIST im Jahr 1974 viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen . Das Interesse rührt daher, dass genaue Messungen des Elementarzellenvolumens, des Atomgewichts und der Massendichte eines reinen kristallinen Feststoffs eine direkte Bestimmung der Avogadro-Konstante ermöglichen.

Der von CODATA empfohlene Wert für das Molvolumen von Silizium beträgt 1.205 883 199 (60) × 10 −5  m 3 ⋅mol −1 , mit einer relativen Standardunsicherheit von4,9 × 10 –8 .

Siehe auch

Verweise

Externe Links