U sadržaju ove nastavne teme upoznat ćete se sa veličinama koje karakteriziraju tvari, molarnom masom i molarnim volumenom tvari.

ISHODI UČENJA

Usvajanjem sadržaja ove Teme moći ćete odgovoriti na sljedeća pitanja:

• Napiši i obrazloži izraz za računanje molarne mase tvari!
• Poveži molarnu masu i množinu tvari! Napiši formulu!
• Objasni značenje pojma: molarni volumen!
• Objasni osnovne postavke Gay-Lussacovog zakona!
• Pojasni Avogadrov zakon!
• Napiši i obrazloži izraz za računanje molarnog volumena plinova!

♦ Za sljedeću kemijsku reakciju:

2NaCl _(s) + Pb(NO₃)_{2 (s)}  →   2NaNO_{3 (s)} + PbCl_{2 (s)}

potrebno nam je 2 mola NaCl i 1 mol Pb(NO₃)₂ .

Kako ćemo pripremiti ove množine zadanih tvari?

♦ Obje zadane tvari potrebne za kemijsku reakciju se nalaze u čvrstom agregatnom stanju. Potrebno je dakle odrediti masu zadanih tvari, a u tome će nam pomoći zadana množina tvari. Kako?

♦ Množinu tvari i masu tvari povezuje fizikalna veličina koju nazivamo MOLARNOM MASOM.

Što je molarna masa?

♦ Već smo rekli da je riječ o fizikalnoj veličini. Molarnu masu zapravo očitavamo iz periodnog sustava elemenata.

Molarna masa nekog kemijskog elementa jednaka je njegovoj relativnoj atomskoj masi (A_r) s tom razlikom da vrijednosti relativne atomske mase pridodamo odgovarajuću fizikalnu jedinicu.

♦ Fizikalna oznaka molarne mase je veliko slovo M (M), a fizikalna jedinica je kg/mol, iako se češće koristi jedinica g/mol.

M (X) = A_r (X)  kg/mol 

♦ Molarna masa kemijskog spoja jednaka je njegovoj relativnoj molekulskoj masi (M_r) s tom razlikom da molarna masa ima odgovarajuću fizikalnu jedinicu (kg/mol ili g/mol).

M (XY) = M_r (XY)   kg/mol  

Kako molarna masa povezuje masu tvari i množinu tvari?

M = m / n    [kg / mol]

ZADACI:

1. Izračunaj mase NaCl i Pb(NO₃)₂ potrebne za kemijsku reakciju?

2. Izračunaj mase jednog mola tvari sa slike 1.!

♦ Za sljedeću kemijsku reakciju:

 2H_{2 (g)} +  O_{2 (g)} →  2H₂O _(g)

potrebno nam je 2 mola vodika i 1 mol kisika.

Kako ćemo pripremiti zadane množine ovih tvari?

Možemo li odvagati masu ovih tvari?

♦ Vodik i kisik su plinovi. Prilikom opisivanja plinovitog agregatnog stanja (Podsjeti se Teme AGREGATNA STANJA TVARI) rekli smo da plinovi ispunjavaju volumen posude ili prostora u kojima se nalaze. Prema tome nećemo određivati niti vagati masu plina, već ćemo mjeriti volumen plina. Kako?

♦ Plinove karakterizira kaotično gibanje u prostoru kao posljedica slabih međumolekulskih interakcija (sila).

Kako plinovi međusobno reagiraju?

♦ Francuski fizičar i kemičar, Joseph Louis Gay-Lussac početkom 19. st. otkriva Zakon volumnih omjera.

Prema ovome zakonu, omjeri volumena plinova koji međusobno kemijski reagiraju ili nastaju kemijskom reakcijom, pri uvjetima stalnog tlaka i temperature, su mali cijeli brojevi. (Gay-Lussacov zakon)

Gay-Lussac je smatrao da su čestice plinova atomi.

♦ Ova pretpostavka potaknula je daljna istraživanja prirode plinova. Uzimajući u obzir Gay-Lussacov zakon volumnih omjera, talijanski fizičar i kemičar, Amadeo Avogadro, daje objašnjenje prirode plinova, pretpostavljajući da reagirajuće čestice plina nisu atomi već nakupine atoma koje je nazvao molekulama (lat. moleculus = sitan). Svoja istraživanja Avogadro je sažeo u zakon koji glasi:

Plinovi jednakih volumena pri istim uvjetima tlaka i temperature sadrže jednak broj čestica, odnosno jednake množine. (Avogadrov zakon)

♦ Ako ovaj zakon primjenimo na naš slučaj, odnosno našu kemijsku reakciju:

2H_{2 (g)} +  O_{2 (g)} →  2H₂O _(g)

možemo reći da u kemijsku reakciju ulaze 2 volumena vodika, 2 mola vodika ili  2 N molekula vodika, te 1 volumen kisika, 1 mol kisika ili 1 N molekula kisika, a izlaze 2 volumena vodene pare, 2 mola ili 2 N molekula vodene pare.

Ali, opet ne znamo kojem volumenu plina odgovara jedan mol plina.

♦ Znamo, iz Teme BROJNOST JEDINKI I MNOŽINA TVARI , da jedan mol bilo koje tvari sadrži 6,022 × 10²³ jedinki, odnosno Avogadrov broj jedinki.

♦ Iz Avogadrovog zakona proizlazi da je množina plina proporcionalna volumenu plina:

n ∼ V

Potrebno je odrediti što povezuje ove dvije veličine, množinu i volumen plina.

♦ Prema Avogadrovom zakonu poveznica bi bio volumen plina koji sadrži Avogadrov broj jedinki.

♦ Ako se vratimo na prethodni dio ove teme, kada smo masu i množinu tvari povezali preko molarne mase, sada vrlo slično tome, volumen i množinu plina povezujemo preko fizikalne veličine koju nazivamo MOLARNI VOLUMEN.

Molarni volumen plina je volumen plina koji sadrži Avogadrov broj molekula.

♦ Fizikalna oznaka za molarni volumen je V_m .

V_m = V / n      [m³ / mol]

♦ Fizikalna jedinica za molarni volumen je m³ /mol , iako se češće koristi jedinica dm³/mol .

♦ Izmjerena vrijednost molarnog volumena plina pri standardnim uvjetima tlaka i temperature ( t = 0 °C, p = 1 bar) iznosi 22,4 dm³/mol i naziva se standardnim molarnim volumenom koji označavamo sa V°_m .

♦ Pri drugim uvjetima tlaka i temperature, vrijednost molarnog volumena će se mijenjati.

Kako molarni volumen povezuje množinu i volumen plina?

n = V / V_m

ZADACI:

1. Izračunaj volumene kisika i vodika potrebnih za gore opisanu kemijsku reakciju koja će se odvijati pri standardnim uvjetima tlaka i temperature!

2. Izračunaj množinu klora u posudi volumena 50 L pri standardnim uvjetima!

3. Izračunaj volumen koji pri standardnim uvjetima zauzima 250 g amonijaka!

Što čujem zaboravim, što vidim pamtim, što uradim znam!

Molarna masa i molarni volumen

e-učenje kemije