Газ күйдег заттардың молярлық массасын анықтау

Газ күйдегі заттардың молярлық массасын анықтау
Заттың салыстырмалы молекулалық массасын анықтау үшін ең алдымен оның молярлық массасын (г/моль) есептеп алады. Газ күйіндегі заттың молярлық массасы Авогадро заңы бойынша табылады.
 
Бұл заң бойынша бірдей температура мен қысымда алынған әртүрлі газдардың бірдей көлеміндегі молекулалар саны да бірдей болады. Бұдан екі газдың бірдей көлемдерінің массаларының қатынасы олардың молекулалық массаларының қатынасындай болады:
m1 / m2 = М1 / М2
мұндағы, m1 және m2 газдардың белгілі көлемдерінің массалары, М1 және М2 бірінші және екінші газдың молярлық массалары.
Бірдей жағдайдағы бір газдың белгілі көлем массасының екінші газдың сондай көлемінің массасына қатынасы бірінші газдың екінші газбен салыстырғандағы тығыздығы деп аталады. Олай болса, тығыздықты D әрпімен белгілеп, теңдеуді былай жазамыз.
D = М1 / М2 , бұдан М1 = М2 . D
Газдың молярлық массасы басқа газбен салыстырғандағы оның тығыздығын екінші газдың молярлық массасына көбейткенге тең.
Көбінесе газдардың салыстырмалы тығыздығын ең жеңіл газ сутек арқылы анықтайды. Сутектің молярлық массасы 2 г/ мольге тең. Олай болса, молярлық масса есептеуге келесі формуланы қолданамыз:
М1 = 2 . Dн2 , бұдан Dн2 = М1 / 2
Газдың молярлық массасын ауа арқылы да анықтайды. Ауа газдар қоспасынан тұрса да оның орташа молярлық массасы 29 г/моль. Онда теңдеуді былайша жазамыз:
М1 = 29 . Dауа, бұдан Dауа= М 1/ 29
Газ күйіндегі заттардың молярлық көлемі туралы мағлұматты қолдана отырып, заттың молярлық массасын (салыстырмалы молекулалық массасын) анықтауға болады. Ол үшін газ күйіндегі заттың берілген массасының қалыпты жағдайдағы көлемін табады. Кейін 22,4 л осы заттың массасын анықтайды. Алынған мән осы заттың молярлық массасы деп аталады. Мысалы, 0°C және 101,325 кПа қысымда 0,7924 г хлор 250мл көлем алады. Хлордың салыстырмалы молекулалық массасын есепте. 22,4 л көлемдегі хлор массасынын анықтаймыз:
22400 мл /m = 22400 мл . 0,7924/250 ≈ 71 г.
Демек, хлордың молярлық массасы 71 г/моль, ал салыстырмалы молекулалық массасы 71 – ге тең. Газдардың көлемін қалыпты жағдайдан өзгеше жағдайда өлшеуге болады. Газ көлемін қалыпты жағдайға келтіру үшін Бойль – Мариотт және Гей – Люссактың газ заңдарының біріктірілген теңдеуін қолданамыз:
РV / Т = Р0V0 / Т0 ,
мұндағы V — р қысым мен Т температурадағы газ көлемі, V0 — P0 (101,325 кПа) қысым мен Т0 (273,15 К) температурадағы газ көлемі.Газдардың молярлық массасын идеал газ күйі теңдеуі,яғни Клапейрон – Менделеев теңдеуімен есептеуге болады:
РV = mRT / М ,
мұндағы Р – газ қысымы, Па; V – оның көлемі, м3; m – зат массасы, г; М – оның молярлық массасы, г/ моль; Т – абсолютті температура, К; R – универсалды газ тұрақтысы – 8,314 Dж/ (моль • К)
Егер газ көлемі мен қысымы басқа өлшем бірлікпен берілсе,онда Клапейрон – Менделеев теңдеуінің мәні өзгереді. Қалыпты жағдайдағы заттың 1 молінің газ күйіндегі біріктірілген заңы бойынша келесі формуламен есептеледі:
R = (P0 . V0 / T0 ) газдың 1 молі үшін
Мысалы, көлемі 100 л 10 атм қысымда алынған газ параметрін есептеу үшін, қандай газ тұрақтысының мәнін қолдануға болады. Газ тұрақтысы мәнін қалыпты жағдайға сәйкес табамыз Р0 ≈ 101,3 кПа ≈ 760 мм сын. бағ. ≈ 1 торр ≈ 1 атм. 1 моль газдың қалыпты жағдайдағы көлемі V0 ≈ 22,4 л, температурасы То = 273 К. Демек, R = 1• 22,4 / 273 = 0,082 атм• л/ (моль• К)
Парциалды газ қысымы. Газдардың молекулалық массасын анықтағанда су және қаныққан су буы үстінде жиналған газ көлемі өлшенеді. Осы жағдайда газ қысымын өлшегенде су буының парциалды қысымына түзету енгізіледі. Қалыпты жағдайда әртүрлі газдар кез – келген қатынаста араласады. Олай болса қоспа құрамына кіретін әр газ өзінің парциалды қысымымен сипатталады.
Дальтон ұсынған парциалды қысым заңы—қоспа құрамына кіретін бір – бірімен химиялық әрекеттесетін газдар қоспасының қысымы газдардың парциалды қысымының қосындысына тең. 20°C температурада және 104,1 кПа қысымда су бетінде 570 мл газ жиналады. Мұндағы қысым газдың парциалды қысымымен қаныққан су буының қысымынан тұрады. 20°C температурадағы қаныққан су буы қысымы 2,34 кПа. Демек, газдың парциалды қысымы 104,1 – 2,34 = 101,76 кПа тең болады. Өлшенген газ көлемін қалыпты жағдайға келтіріп, келесі мәнді анықтаймыз:
V0 = P • V • To / Po• T = 101,76 • 570 • 273 / 101,325 • (273 + 20) = 533 мл
Барлық газ заңдары – Дальтон заңы, Гей – Люссактың көлемдік қатынас заңы және Авогадро заңы жуықтандырылған заңдар. Бұл заңдар өте аз қысымда, молекулалар арақашықтығы олар мөлшерінен көп болғанда және молекулалар бір – бірімен әрекеттеспеген жағдайда іске асады.