En química y campos relacionados, el volumen molar , símbolo V m , [1] o de una sustancia es la relación entre el volumen ( V ) ocupado por una sustancia y la cantidad de sustancia ( n ), generalmente a una temperatura y presión dadas . También es igual a la masa molar ( M ) dividida por la densidad de masa ( ρ ):
El volumen molar tiene como unidad del SI 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 .
El volumen molar de una sustancia i se define como su masa molar dividida por su densidad ρ i 0 : Para una mezcla ideal que contiene N componentes, el volumen molar de la mezcla es la suma ponderada de los volúmenes molares de sus componentes individuales. Para una mezcla real, el volumen molar no se puede calcular sin conocer la densidad: Hay muchas mezclas líquido-líquido, por ejemplo, mezclar etanol puro y agua pura , que pueden experimentar contracción o expansión al mezclarse. Este efecto está representado por la cantidad de exceso de volumen de la mezcla, un ejemplo de propiedad de exceso .
El volumen molar está relacionado con el volumen específico por el producto de la masa molar . Esto se desprende de lo anterior, donde el volumen específico es el recíproco de la densidad de una sustancia:
Para los gases ideales , el volumen molar se da mediante la ecuación del gas ideal ; esta es una buena aproximación para muchos gases comunes a temperatura y presión estándar . La ecuación del gas ideal se puede reorganizar para dar una expresión para el volumen molar de un gas ideal: Por lo tanto, para una temperatura y presión dadas, el volumen molar es el mismo para todos los gases ideales y se basa en la constante del gas : R =8.314 462 618 153 24 m 3 ⋅Pa⋅K −1 ⋅mol −1 , o aproximadamente8,205 736 608 095 96 × 10 −5 m 3 ⋅atm⋅K −1 ⋅mol −1 .
El volumen molar de un gas ideal a 100 kPa (1 bar ) es
El volumen molar de un gas ideal a 1 atmósfera de presión es
Para sólidos cristalinos , el volumen molar se puede medir mediante cristalografía de rayos X. El volumen de la celda unitaria ( celda V ) 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 donde N A es la constante de Avogadro y Z es el número de unidades de fórmula en la celda unitaria. El resultado normalmente se informa como la "densidad cristalográfica".
El silicio ultrapuro se fabrica rutinariamente para la industria electrónica , y la medición del volumen molar del silicio, tanto por cristalografía de rayos X como por la relación entre la masa molar y la 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]
