Khối lượng mol

Khối lượng mol hay thể tích mol phân tử là thể tích mà một mol chất (nguyên tố hoặc hợp chất) chiếm giữ tại áp suất và nhiệt độ xác định. Trước đây, thể tích mol phân tử còn được gọi là thể tích phân tử gam. Ký hiệu cho thể tích mol là V_m; đơn vị của thể tích mol là mét khối trên mol (m³/mol). Tuy nhiên, trong thực tế, thường sử dụng đơn vị đềximét khối trên mol (dm³/mol) cho khí và xentimét khối trên mol (cm³/mol) cho lỏng và rắn.

Công thức tính toán

Để tính thể tích mol phân tử, cần biết khối lượng mol và khối lượng riêng, sau đó áp dụng công thức sau:

$V_m=\frac{M}{\mathrm{\rho <!--\; \rho \; -->}}$.

Nếu mẫu đang xem xét là một hỗn hợp chứa N thành phần, thể tích mol sẽ được tính như sau:

$V_m=\frac{\underset{i=1}{\overset{}{\sum <!--\; \sum \; -->}}}{}$

N x i M i ρ h o n h o p {\displaystyle V_{\rm {m}}={\frac {\displaystyle \sum _{i=1}^{N}x_{i}M_{i}}{\rho _{\mathrm {honhop} }}}} .

Đối với khí lý tưởng, thể tích mol được xác định theo phương trình trạng thái khí lý tưởng; giá trị thu được thường khá chính xác cho nhiều loại khí phổ biến ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn. Đối với tinh thể, thể tích mol được xác định qua phương pháp tinh thể học tia X.

Khí lý tưởng

Có thể biến đổi phương trình trạng thái của khí lý tưởng để dễ dàng theo dõi hơn:

$V_m=\frac{V}{n}=\frac{RT}{P}$.

Tại nhiệt độ và áp suất cố định, thể tích mol là giống nhau cho tất cả khí lý tưởng và có giá trị gọi là hằng số khí: R = 8,314 4621(75) J mol K với độ không đảm bảo chuẩn tương đối là 9,1×10 (theo giá trị khuyến nghị của CODATA 2010). Thể tích mol của khí lý tưởng ở áp suất 100 kPa (1 bar) là:

22,710 980(38) dm³/mol tại 0 °C

24,789 598(42) dm³/mol tại 25 °C

Thể tích mol của khí lý tưởng ở áp suất 1 átm là:

22,414 l/mol tại 0 °C

24,465 l/mol tại 25 °C

Vật rắn tinh thể

Có thể xác định thể tích ô đơn vị (V_cell) từ các tham số của ô đơn vị (unit cell parameter) được thiết lập ngay từ giai đoạn đầu của thí nghiệm tinh thể học tia X (quá trình tính toán do phần mềm phân tích cấu trúc tinh thể tự động thực hiện). Mối liên hệ giữa thể tích ô đơn vị và thể tích mol được diễn tả qua công thức:

$V_m=\frac{N_A{V}_{cell}}{Z}$

Trong đó N_A là hằng số Avogadro; Z là số đơn vị công thức (formula unit) trong ô đơn vị. Kết quả của công thức này thường được gọi là 'mật độ tinh thể'.

Thể tích mol của silic

Silic được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp điện tử. Việc xác định thể tích mol của silic, cả thông qua phương pháp tinh thể học tia X lẫn việc tính tỷ số thể tích mol trên khối lượng riêng, đã thu hút được nhiều sự quan tâm. Nghiên cứu tiên phong về vấn đề này được thực hiện bởi Deslattes và các đồng nghiệp (1974) tại Viện Tiêu chuẩn và Kỹ thuật quốc gia (Hoa Kỳ). Mối quan tâm này xuất phát từ thực tế rằng nếu xác định chính xác thể tích ô đơn vị, nguyên tử lượng và mật độ khối lượng của vật rắn tinh thể nguyên chất, ta có thể trực tiếp xác định giá trị của hằng số Avogadro. Hiện tại, theo giá trị khuyến nghị của CODATA 2006, độ chính xác của hằng số Avogadro bị giới hạn bởi độ không đảm bảo của hằng số Planck (độ không đảm bảo chuẩn tương đối là 5×10).

Theo CODATA 2006, giá trị khuyến nghị cho thể tích mol của silic là 12,058 8349(11)×10 m³/mol, với độ không đảm bảo chuẩn tương đối là 9,1×10.