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 le moli (n) di una sostanza in esso contenuto, o come rapporto tra peso molecolare (M) o atomico di una sostanza e la sua densità (${\rho}$).

$v_m = \frac{V}{n} = \frac{M}{\rho}$

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 di gas diversi a condizioni standard (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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