Πώς επεξεργάζεστε τον μέσο διαχωρισμό των μορίων;
Τα μόρια βρίσκονται σε συνεχή κίνηση. Δεν καταλαμβάνουν σταθερές θέσεις, οπότε ο διαχωρισμός τους αλλάζει συνεχώς. Μπορούμε μόνο να μιλήσουμε για τη μέση απόσταση * μεταξύ τους σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή.
Η μέση απόσταση εξαρτάται από την κατάσταση της ύλης:
* Αέρια: Σε ένα ιδανικό αέριο, τα μόρια είναι πολύ μακριά και κινούνται τυχαία. Η μέση απόσταση σχετίζεται με τον όγκο του δοχείου και τον αριθμό των μορίων. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον ιδανικό νόμο περί αερίου (PV =NRT) και τον αριθμό του Avogadro για τον υπολογισμό του μέσου διαχωρισμού.
* υγρά: Τα μόρια είναι πιο κοντά σε υγρά, αλλά εξακολουθούν να κινούνται γύρω. Ο μέσος διαχωρισμός είναι μικρότερος από ό, τι στα αέρια και πιο δύσκολο να υπολογιστεί άμεσα.
* στερεά: Τα μόρια είναι σφιχτά συσκευασμένα σε στερεά, αλλά εξακολουθούν να δονείται. Ο μέσος διαχωρισμός καθορίζεται από την κρυσταλλική δομή του στερεού.
Πώς να προσεγγίσετε τον υπολογισμό:
1. Προσδιορίστε την κατάσταση της ύλης. Αυτό θα καθοδηγήσει την προσέγγισή σας.
2. Εξετάστε τον ιδανικό νόμο περί αερίου: Για τα αέρια, ο ιδανικός νόμος αερίου παρέχει ένα καλό σημείο εκκίνησης:
* PV =NRT
* Πού:
* P είναι πίεση
* V είναι όγκος
* n είναι ο αριθμός των κροταλιών
* R είναι η ιδανική σταθερά αερίου
* T είναι θερμοκρασία
3. Υπολογίστε τον μοριακό όγκο: Διαχωρίστε τον όγκο (v) με τον αριθμό των moles (n). Αυτό σας δίνει τον όγκο που καταλαμβάνεται από ένα mole του αερίου.
4. Εκτίμηση του μέσου διαχωρισμού: Μπορείτε να προσεγγίσετε τον μέσο διαχωρισμό, υποθέτοντας ότι τα μόρια κατανέμονται ομοιόμορφα σε έναν κύβο με όγκο ίσο με τον γραμμομοριακό όγκο. Υπολογίστε το μήκος πλευράς του κύβου (χρησιμοποιώντας τη ρίζα του κύβου του όγκου), και αυτό θα σας δώσει μια σκληρή εκτίμηση της μέσης απόστασης μεταξύ των μορίων.
Σημαντικές σημειώσεις:
* Ο μέσος διαχωρισμός είναι απλώς μια προσέγγιση. Η μοριακή κίνηση και οι αλληλεπιδράσεις σημαίνουν ότι οι αποστάσεις μεταβάλλονται συνεχώς.
* Άλλοι παράγοντες μπορούν να επηρεάσουν τη μέση απόσταση. Αυτά περιλαμβάνουν:
* Η φύση των μορίων (μέγεθος, σχήμα, πολικότητα)
* Θερμοκρασία
* Πίεση
Παράδειγμα:
Ας πούμε ότι έχετε 1 mole ενός ιδανικού αερίου σε τυπική θερμοκρασία και πίεση (STP). Στο STP:
* P =1 atm
* T =273,15 K
* R =0.0821 l atm/mol k
Χρησιμοποιώντας τον ιδανικό νόμο για το φυσικό αέριο, μπορούμε να βρούμε τον όγκο:
V =(NRT)/p =(1 mol * 0.0821 L atm/mol k * 273.15 k)/1 atm ≈ 22,4 l
Ο μοριακός όγκος είναι 22,4 L. Υποθέτοντας ότι τα μόρια κατανέμονται ομοιόμορφα σε έναν κύβο, το μήκος του πλάτους του κύβου θα ήταν:
∛22.4 L ≈ 2,8 L^(1/3) (αυτή είναι περίπου η μέση απόσταση μεταξύ των μορίων).
Αυτός είναι ένας πολύ απλοποιημένος υπολογισμός, αλλά σας δίνει μια αίσθηση για το πώς να προσεγγίσετε το πρόβλημα. Για πιο ακριβείς εκτιμήσεις, θα πρέπει να εξετάσετε πιο περίπλοκα μοντέλα και παράγοντες.
