Volumen molar - Molar volume
En química y campos relacionados, el volumen molar , símbolo V m , o de una sustancia es el volumen ocupado por un mol a una temperatura y presión determinadas . Es igual a la masa molar ( M ) dividida por la densidad de masa ( ρ ):
Tiene la unidad SI de metros cúbicos por mol (m 3 / mol), aunque normalmente es más práctico usar las unidades de decímetros cúbicos por mol (dm 3 / mol) para gases y centímetros cúbicos por mol (cm 3 / mol ) para líquidos y sólidos .
Definición
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, la mezcla de etanol puro y agua pura , que pueden experimentar contracción o expansión al mezclarse. Este efecto está representado por la cantidad en exceso de volumen de la mezcla, un ejemplo de exceso de propiedad .
Relación con el volumen específico
El volumen molar está relacionado con el volumen específico del producto con masa molar . Esto se deduce de arriba, donde el volumen específico es el recíproco de la densidad de una sustancia:
- .
Gases ideales
Para los gases ideales , el volumen molar viene dado por 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 de gas : R =8.314 462 618 153 24 m 3 ⋅Pa⋅K -1 ⋅mol -1 , o alrededor8,205 736 608 095 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 por 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 lo realiza automáticamente 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".
Volumen molar de silicio
El silicio se fabrica de forma rutinaria para la industria electrónica, y la medición del volumen molar del silicio, tanto por cristalografía de rayos X como por la relación entre masa molar y densidad de masa, ha atraído mucha atención desde el trabajo pionero en NIST en 1974). El interés proviene 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.
El valor recomendado por CODATA para el volumen molar de silicio es 1.205 883 199 (60) × 10 -5 m 3 ⋅mol -1 , con una incertidumbre estándar relativa de4,9 × 10 −8 .