جرم مولی گاز چیست؟
جرم مولی (Molar Mass) جرم یک مول از ذرات ماده است. در مورد گازها، این پارامتر کلید شناسایی هویت آنهاست. از آنجایی که شمردن مولکولها غیرممکن است، شیمیدانها با اندازهگیری ویژگیهای قابل لمس مثل چگالی، دما و فشار در آزمایشگاه، جرم مولی گاز مجهول را محاسبه میکنند. سپس با مقایسه عدد به دست آمده با جدول تناوبی، نوع گاز را حدس میزنند (مثلاً اگر عدد ۴۴ باشد، احتمالاً گاز CO₂ است).
فرمول شناسایی گاز مجهول
با ترکیب قانون گازهای ایدهآل (PV=nRT) و تعریف چگالی (D=m/V)، رابطه زیر به دست میآید که در آزمایشگاههای شیمی بسیار کاربردی است:
- M: جرم مولی (g/mol)
- D: چگالی (g/L)
- R: ثابت جهانی گازها (۰.۰۸۲۱)
- T: دما (K)
- P: فشار (atm)
مثالهای کاربردی
۱. کشف گازهای ناشناس
یک دانشمند در آزمایشگاه گازی را جمعآوری کرده و میخواهد بداند چیست. او چگالی گاز را در دمای ۲۷۳ کلوین و فشار ۱ اتمسفر اندازه میگیرد و عدد ۱.۹۶ g/L را به دست میآورد. با گذاشتن در فرمول، جرم مولی حدود ۴۴ بدست میآید که نشان میدهد گاز احتمالاً کربن دیاکسید است.
۲. کنترل کیفیت در پالایشگاه
در خطوط لوله گاز طبیعی، مهندسان به طور مداوم چگالی، دما و فشار را مانیتور میکنند تا میانگین جرم مولی مخلوط گاز را بدست آورند. تغییر ناگهانی در جرم مولی محاسبه شده میتواند نشاندهنده ورود ناخالصیهای سنگینتر یا سبکتر به خط لوله باشد.
۳. هواشناسی و چگالی هوا
هوا مخلوطی از نیتروژن و اکسیژن است. با اندازهگیری دقیق چگالی و استفاده از این فرمول، میتوان تغییرات ترکیب جو (مثل افزایش رطوبت که باعث کاهش میانگین جرم مولی هوا میشود چون جرم مولی بخار آب ۱۸ و هوا ۲۹ است) را تحلیل کرد.
خطاهای رایج
- ×
واحد چگالی: در این فرمول چگالی باید حتماً گرم بر لیتر (g/L) باشد. اگر چگالی را کیلوگرم بر متر مکعب (kg/m³) دارید، عدد آن معمولاً با g/L برابر است (چون هم صورت و هم مخرج ۱۰۰۰ برابر میشوند)، اما باید دقت کنید.
- ×
فشار غیر استاندارد: اگر فشار را بر حسب mmHg یا Torr دارید، باید آن را بر ۷۶۰ تقسیم کنید تا به اتمسفر (atm) تبدیل شود، وگرنه جواب ۷۶۰ برابر خطا خواهد داشت!
سوالات متداول
جرم مولی هوای خشک چقدر است؟▼
میانگین جرم مولی هوای خشک حدود ۲۸.۹۷ گرم بر مول است (عمدتاً مخلوط نیتروژن ۲۸ و اکسیژن ۳۲).
چرا هیدروژن سبکترین گاز است؟▼
چون جرم مولی گاز هیدروژن (H₂) حدود ۲ گرم بر مول است که کمترین مقدار در بین تمام مولکولهای گازی پایدار است.