Volumen molar

Volumen ocupado por una determinada cantidad de partículas de una sustancia.

En química y campos afines, el volumen molar , símbolo V _m , ^[1] o de una sustancia es la relación entre el volumen ocupado por una sustancia y la cantidad de sustancia , generalmente dada a una temperatura y presión determinadas . Es igual a la masa molar ( M ) dividida por la densidad de masa ( ρ ): ${\displaystyle {\tilde {V}}}$

$${\displaystyle V_{\text{m}}={\frac {M}{\rho }}}$$

El volumen molar tiene la unidad SI de metros cúbicos por mol (m ³ /mol), ^[1] aunque es más típico utilizar las unidades decímetros cúbicos por mol (dm ³ /mol) para gases , y centímetros cúbicos por mol ( cm ³ /mol) para líquidos y sólidos .

Definición

Cambio de volumen al aumentar la fracción de etanol.

El volumen molar de una sustancia i se define como su masa molar dividida por su densidad ρ _i ⁰ :

$${\displaystyle V_{\rm {m,i}}={M_{i} \over \rho _{i}^{0}}}$$

mezcla idealNsuma ponderada

$${\displaystyle V_{\rm {m}}={\frac {\displaystyle \sum _{i=1}^{N}x_{i}M_{i}}{\rho _{\mathrm {mixture} }}}}$$

etanolaguaexceso de volumenpropiedad exceso

Relación con el volumen específico

El volumen molar está relacionado con el volumen específico del producto con la masa molar . Esto se deduce de arriba donde el volumen específico es el recíproco de la densidad de una sustancia:

$${\displaystyle V_{\rm {m,i}}={M_{i} \over \rho _{i}^{0}}=M_{i}v_{i}}$$

Gases ideales

Para los gases ideales , el volumen molar viene dado por la ecuación del gas ideal ; ésta es una buena aproximación para muchos gases comunes a temperatura y presión estándar . La ecuación del gas ideal se puede reordenar para dar una expresión para el volumen molar de un gas ideal:

$${\displaystyle V_{\rm {m}}={\frac {V}{n}}={\frac {RT}{P}}}$$

constante de los gasesR8.314 462 618 153 24  m ³ ⋅Pa⋅K ⁻¹ ⋅mol ⁻¹8.205 736 608 095 96 × 10 ⁻⁵  m ³ ⋅atm⋅K ⁻¹ ⋅mol ⁻¹

El volumen molar de un gas ideal a 100  kPa (1  bar ) es

0,022 710 954 641 485 ... m ³ /mol a 0 °C,

0,024 789 570 296 023 ... m ³ /mol a 25 °C.

El volumen molar de un gas ideal a 1 atmósfera de presión es

0,022 413 969 545 014 ... m ³ /mol a 0 °C,

0,024 465 403 697 038 ... m ³ /mol a 25 °C.

Sólidos cristalinos

Para los sólidos cristalinos , el volumen molar se puede medir mediante cristalografía de rayos X. El volumen de la celda unitaria ( V _celda ) se puede calcular a partir de los parámetros de la celda unitaria , cuya determinación es el primer paso en un experimento de cristalografía de rayos X (el cálculo se realiza automáticamente mediante el software de determinación de la estructura). Esto está relacionado con el volumen molar por

$${\displaystyle V_{\rm {m}}={{N_{\rm {A}}V_{\rm {cell}}} \over {Z}}}$$

N _Aconstante de AvogadroZ

Volumen molar de silicio

El silicio ultrapuro se fabrica habitualmente para la industria electrónica , y la medición del volumen molar del silicio, tanto mediante cristalografía de rayos X como mediante la relación entre masa molar y densidad de masa, ha atraído mucha atención desde el trabajo pionero del NIST en 1974. ^[2] El interés surge de que las mediciones precisas del volumen de la celda unitaria, el peso atómico y la densidad de masa de un sólido cristalino puro proporcionan una determinación directa de la constante de Avogadro. ^[3]

El valor recomendado por CODATA para el volumen molar de silicio es1,205 883 199 (60) × 10 ⁻⁵  m ³ ⋅mol ⁻¹ , con una incertidumbre estándar relativa de4,9 × 10-8 .^{​ [4]}

Ver también

• Volumen específico
• Temperatura y presión estándar#Volumen molar de un gas

Referencias

1. Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (1993). Cantidades, unidades y símbolos en química física , 2.ª edición, Oxford: Blackwell Science. ISBN  0-632-03583-8 . pag. 41. Versión electrónica.
2. Deslattes, RD; Henins, A.; Bowman, HA; Goleta, RM; Carroll, CL; Barnes, Illinois; Machlan, Luisiana; Moore, LJ; Escudos, WR (1974). "Determinación de la Constante de Avogadro". Física. Rev. Lett. 33 (8): 463–66. Código bibliográfico : 1974PhRvL..33..463D. doi :10.1103/PhysRevLett.33.463.
3. Mohr, Peter J.; Taylor, Barry N. (1999). «Valores recomendados CODATA de las constantes físicas fundamentales: 1998» (PDF) . Revista de datos de referencia físicos y químicos . 28 (6): 1713–1852. Código Bib : 1999JPCRD..28.1713M. doi : 10.1063/1.556049. Archivado desde el original (PDF) el 1 de octubre de 2017.
4. "Valor CODATA 2018: volumen molar de silicio". La referencia del NIST sobre constantes, unidades e incertidumbre . NIST . 20 de mayo de 2019 . Consultado el 23 de junio de 2019 .

enlaces externos

• Tabla interactiva de volúmenes molares.