VOLUME MOLAR: KONSEP DAN RUMUS, PERHITUNGAN DAN CONTOH - KIMIA - 2025

The volume molar adalah properti intensif yang menunjukkan berapa banyak ruang menempati satu mol zat ditentukan atau senyawa. Ini diwakili oleh simbol V _m , dan dinyatakan dalam satuan dm ³ / mol untuk gas, dan cm ³ / mol untuk zat cair dan padat, karena fakta bahwa yang terakhir lebih dibatasi oleh gaya antarmolekulnya yang lebih besar.

Sifat ini berulang saat mempelajari sistem termodinamika yang melibatkan gas; karena, untuk zat cair dan padat, persamaan untuk menentukan V _m menjadi lebih rumit dan tidak akurat. Oleh karena itu, sejauh mata kuliah dasar diperhatikan, volume molar selalu dikaitkan dengan teori gas ideal.

Volume molekul etilen secara dangkal dibatasi oleh ellipsoid hijau dan bilangan Avogadro dikalikan dengan jumlah ini. Sumber: Gabriel Bolívar.

Hal ini disebabkan fakta bahwa aspek struktural tidak relevan untuk gas ideal atau sempurna; semua partikelnya divisualisasikan sebagai bola yang secara elastik bertabrakan satu sama lain dan berperilaku sama tidak peduli massa atau sifatnya.

Karena itu, satu mol gas ideal akan menempati, pada tekanan dan suhu tertentu, volume yang sama V _m . Kemudian dikatakan bahwa dalam kondisi normal P dan T, masing-masing 1 atm dan 0 ºC, satu mol gas ideal akan menempati volume 22,4 liter. Nilai ini berguna dan dapat diperkirakan bahkan saat mengevaluasi gas nyata.

Konsep dan rumus

Untuk gas

Rumus langsung untuk menghitung volume molar suatu spesies adalah:

V _m = V / n

Di mana V adalah volume yang ditempati, dan n adalah jumlah spesies dalam mol. Masalahnya adalah bahwa V _m bergantung pada tekanan dan suhu yang dialami molekul, dan kami ingin ekspresi matematika yang memperhitungkan variabel-variabel ini.

Etilen pada gambar, H ₂ C = CH ₂ , memiliki volume molekul terkait yang dibatasi oleh elipsoid hijau. H ₂ C = CH _{2 ini} dapat berputar dalam berbagai cara, yang seolah-olah dikatakan ellipsoid dipindahkan ke ruang angkasa untuk memvisualisasikan berapa banyak volume yang akan ditempati (jelas dapat diabaikan).

Namun, jika volume ellipsoid hijau tersebut dikalikan dengan N _A , bilangan Avogadro, maka kita mol molekul etilen; satu mol ellipsoid berinteraksi satu sama lain. Pada suhu yang lebih tinggi, molekul akan terpisah satu sama lain; sedangkan pada tekanan yang lebih tinggi, mereka akan berkontraksi dan mengurangi volumenya.

Oleh karena itu, V _m bergantung pada P dan T. Etilen memiliki geometri bidang, sehingga tidak dapat dianggap bahwa V _m- nya persis dan persis sama dengan metana, CH ₄ , dari geometri tetrahedral dan mampu diwakili dengan bola dan bukan ellipsoid.

Untuk cairan dan padatan

Molekul atau atom zat cair dan padat juga memiliki V _m sendiri , yang secara kasar dapat dikaitkan dengan massa jenisnya:

V _m = m / (dn)

Suhu mempengaruhi volume molar untuk cairan dan padatan lebih dari tekanan, selama tekanan tidak berubah secara tiba-tiba atau terlalu tinggi (dalam urutan GPa). Demikian juga, seperti yang disebutkan dengan etilen, geometri dan struktur molekul memiliki pengaruh yang besar pada nilai V _m .

Namun, dalam kondisi normal diamati bahwa massa jenis untuk berbagai zat cair atau padat tidak terlalu bervariasi dalam besarannya; hal yang sama terjadi pada volume molar. Perhatikan bahwa padat mereka, semakin kecil V _m akan .

Mengenai padatan, volume molar mereka juga bergantung pada struktur kristalnya (volume sel satuannya).

Bagaimana cara menghitung volume molar?

Tidak seperti zat cair dan padat, untuk gas ideal ada persamaan yang memungkinkan kita menghitung V _m sebagai fungsi dari P dan T serta perubahannya; ini, gas ideal:

P = nRT / V

Yang ditampung untuk mengekspresikan V / n:

V / n = RT / P.

V _m = RT / P

Jika kita menggunakan konstanta gas R = 0,082 L · atm · K ^-1 · mol ^-1 , maka suhu harus dinyatakan dalam kelvin (K), dan tekanan dalam atmosfer. Perhatikan bahwa di sini diamati mengapa V _m adalah sifat intensif: T dan P tidak ada hubungannya dengan massa gas tetapi dengan volumenya.

Perhitungan ini hanya valid dalam kondisi di mana gas berperilaku mendekati idealitas. Namun, nilai yang diperoleh melalui eksperimen memiliki margin kesalahan kecil dalam kaitannya dengan nilai teoritis.

Contoh penghitungan volume molar

Contoh 1

Ada Y gas yang densitasnya adalah 8.5 · 10 ^-4 g / cm ³ . Jika Anda memiliki 16 gram yang setara dengan 0,92 mol Y, temukan volume molar-nya.

Dari rumus massa jenis kita dapat menghitung berapa volume Y yang menempati 16 gram ini:

V = 16 g / (8,5 · 10 ^-4 g / cm ³ )

= 18.823,52 cm ³ atau 18,82 L

Jadi V _m dihitung secara langsung dengan membagi volume ini dengan jumlah mol yang diberikan:

V _m = 18,82 L / 0,92 mol

= 20,45 L / mol atau L mol ^-1 atau dm ³ mol ^-1

Latihan 2

Dalam contoh Y sebelumnya, tidak ditentukan berapa suhu yang dialami oleh partikel-partikel gas itu. Dengan asumsi Y bekerja pada tekanan atmosfir, hitung suhu yang diperlukan untuk mengompresnya ke volume molar yang ditentukan.

Pernyataan latihan lebih panjang dari resolusinya. Kami menggunakan persamaan:

V _m = RT / P

Tapi kami mencari T, dan mengetahui bahwa tekanan atmosfer adalah 1 atm, kami menyelesaikan:

T = V _m P / R

= (20,45 L / mol) (1 atm) / (0,082 L atm / K mol)

= 249,39 K

Artinya, satu mol Y akan menempati 20,45 liter pada suhu mendekati -23,76 ºC.

Latihan 3

Mengikuti hasil sebelumnya, tentukan V _m pada 0 ° C, 25 ° C dan pada nol mutlak pada tekanan atmosfer.

Mengubah suhu menjadi kelvin, pertama-tama kita memiliki 273,17 K, 298,15 K, dan 0 K. Kita menyelesaikannya secara langsung dengan mengganti suhu pertama dan kedua:

V _m = RT / P

= (0,082 L atm / K mol) (273,15 K) / 1 atm

= 22,40 L / mol (0 ºC)

= (0,082 L atm / K mol) (298,15 K) / 1 atm

= 24,45 L / mol (25ºC)

Nilai 22,4 liter disebutkan di awal. Perhatikan bagaimana V _m meningkat dengan suhu. Ketika kami ingin melakukan perhitungan yang sama dengan nol mutlak, kami menemukan hukum ketiga termodinamika:

(0,082 L atm / K mol) (0 K) / 1 atm

= 0 L / mol (-273,15 ºC)

Gas Y tidak dapat memiliki volume molar yang tidak ada; ini berarti telah berubah menjadi cair dan persamaan sebelumnya tidak berlaku lagi.

Di sisi lain, ketidakmungkinan menghitung V _m pada nol mutlak mematuhi hukum ketiga termodinamika, yang mengatakan bahwa tidak mungkin mendinginkan zat apapun hingga suhu nol mutlak.

Referensi

1. Ira N. Levine. (2014). Prinsip Fisikokimia. Edisi keenam. Mc Graw Hill.
2. Glasstone. (1970). Perjanjian kimia fisik. Edisi kedua. Aguilar.
3. Wikipedia. (2019). Volume molar. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (08 Agustus 2019). Definisi Volume Molar dalam Kimia. Diperoleh dari: thinkco.com
5. BYJU'S. (2019). Rumus Volume Molar. Diperoleh dari: byjus.com
6. González Monica. (28 Oktober 2010). Volume molar. Dipulihkan dari: quimica.laguia2000.com