Volume molare

In chimica, il volume molare (v_m) è il volume occupato da una mole di una determinata sostanza.
Si può calcolare come rapporto tra il volume (V) e la quantità di sostanza (n) di una sostanza in esso contenuto, o come rapporto tra massa molecolare (M) o atomica di una sostanza e la sua densità (${\rho}$).

$V_\mathrm{m} = \frac{V}{n} = \frac{M}{\rho}$

L'unità di misura nel Sistema Internazionale è il metro cubo per mole (m³mol^-1).

Volume nei gas ideali e volume molare standard

Per un gas ideale, il volume molare standard è il volume occupato da una mole a temperatura e pressione standard (STP). Equivale a 0,022414 m³mol^-1 o a 22,414 L/mol.

Tale valore si ricava sostituendo le coordinate termodinamiche STP nella equazione di stato dei gas perfetti:

• equazione di stato dei gas perfetti $pV=nRT$
• isolo il volume $V= \frac{nRT}{p}$
• sostituisco a n il numero delle moli (1), a R il suo valore (8,314472) e a T e p la temperatura e la pressione allo stato STP (temperatura di 273,15 K, 0 °C e pressione atmosferica di 101,325 kPa): $V= \frac{(1)(8,314472)(273,15)}{(101,325)(10^3)}$
• ottengo $V=\frac{2271,0980268}{101325}$, che risulta $V=0,02241399... m^3$
• tenendo presente che $1L=1dm^3=\frac{1}{1000}m^3$, si ricava che il volume molare è 22,41399...L, che viene usualmente approssimato a 22,414 L

• In sintesi, un gas occupa in condizioni STP, ovvero standard (pressione di 1atm e temperatura di 0 °C) un volume di 22.4L/1mol

Legge di Avogadro

L'uniformità del volume molare in tutti i gas è garantita dalla legge di Avogadro, che afferma che moli uguali di gas diversi in condizioni normali (STP) occupano lo stesso volume. La legge di Avogadro si deriva dalla equazione di stato dei gas perfetti, in questa maniera:

• equazione di stato dei gas perfetti $PV=nRT$
• legge di Avogadro $\frac{P}{RT}=\frac{n}{V}$

Il secondo membro dell'equazione della legge di Avogadro è il numero di moli fratto il volume, cioè la densità del gas, che rimane costante restando costanti pressione e temperatura (vedi primo membro).

Inoltre, sostituendo a V il volume molare (22,414L), si ottiene al posto di n, N il numero di Avogadro (6,022×10²³), cioè il numero di molecole contenuto in una mole, o nel volume molare di un gas.

Eccezioni

Il volume molare di un gas reale non è uguale per tutte le sostanze. Ad esempio elio e azoto hanno volume molare 22,4L, mentre l'anidride carbonica 22,26L e il cloro 22,99L. Tuttavia, per convenienza pratica, viene utilizzato il valore di 22.4L/mol per ogni gas in condizioni STP approssimandone il comportamento a quello di un gas ideale.

Volume nella fase condensata

Per le sostanze solide e liquide il volume molare è solitamente riferito alla temperatura di 298,15 K (ovvero 25 °C).

Voci correlate

• Legge dei gas perfetti
• Equazione di Van der Waals

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