Thể tích mol chất khí

Điều bất ngờ: ở cùng một điều kiện nhiệt độ và áp suất, **1 mol khí oxygen và 1 mol khí hydrogen chiếm CÙNG một thể tích**, dù khối lượng mol của chúng khác nhau rất nhiều ($M_{O_2}=32$ so với $M_{H_2}=2$). Vì sao lại như vậy? Vì thể tích của một lượng khí phụ thuộc chủ yếu vào **số phân tử** (tức số mol) chứ không phụ thuộc loại phân tử đó nặng hay nhẹ, to hay nhỏ.

**Điều kiện chuẩn (đkc)** theo chương trình hiện hành là nhiệt độ $25^\circ C$ và áp suất **1 bar**. Ở điều kiện này, **1 mol của BẤT KÌ chất khí nào cũng chiếm thể tích $24,79$ lít** — đại lượng này gọi là **thể tích mol của chất khí** ở đkc, kí hiệu $V_m = 24,79$ L/mol. Từ đó, công thức tính thể tích khí ở đkc khi biết số mol là: $$V = n \times 24,79 \ \ (\text{lít, ở đkc})$$

Với chất rắn và chất lỏng, các phân tử nằm sát nhau nên thể tích phụ thuộc kích thước từng phân tử. Nhưng với chất khí, khoảng cách giữa các phân tử **lớn hơn rất nhiều** so với kích thước bản thân phân tử — gần như "trống rỗng". Vì vậy, ở cùng nhiệt độ và áp suất, thể tích một lượng khí chủ yếu do khoảng trống giữa các phân tử quyết định, mà khoảng trống này là như nhau cho mọi loại khí có cùng số phân tử. Đó là lý do 1 mol khí bất kì — nhẹ như $H_2$ hay nặng như $CO_2$ — đều chiếm đúng 24,79 lít ở đkc.

Nhiều tài liệu cũ (và một số anh chị lớp trên) vẫn quen dùng điều kiện tiêu chuẩn cũ ($0^\circ C$, áp suất 1 atm) với thể tích mol 22,4 lít/mol. Đó không phải là một con số sai, mà là một **quy ước điều kiện khác** — ở nhiệt độ thấp hơn ($0^\circ C$ so với $25^\circ C$), khí co lại nên thể tích mol nhỏ hơn. Chương trình hiện hành chọn điều kiện $25^\circ C$, 1 bar vì gần với nhiệt độ phòng thí nghiệm thực tế hơn, nên thể tích mol tương ứng là 24,79 lít/mol. Nguyên tắc quan trọng nhất em cần nhớ: khi làm bài, phải dùng ĐÚNG con số 24,79 mà chương trình hiện hành quy định, trừ khi đề bài yêu cầu rõ điều kiện khác. Kiến thức về thể tích mol chất khí bắt nguồn từ một định luật quan trọng trong lịch sử hóa học: định luật Avogadro, phát biểu rằng ở cùng nhiệt độ và áp suất, những thể tích bằng nhau của các chất khí khác nhau chứa cùng số phân tử. Đây chính là lý do vì sao chỉ cần biết số mol khí, ta có thể tính ngay thể tích của nó ở đkc mà không cần quan tâm khí đó là chất gì — một trong những khám phá nền tảng giúp hóa học hiện đại tính toán được lượng chất khí một cách định lượng và chính xác. Kĩ năng tính thể tích khí ở đkc còn được dùng thường xuyên khi mô tả các phản ứng sinh khí trong đời sống — từ men nở làm bánh mì sinh ra khí $CO_2$ khiến bột nở phồng, đến khí thoát ra khi mở một lon nước có gas. Dù không đo trực tiếp bằng đơn vị mol, mọi hiện tượng đó đều có thể giải thích định lượng bằng chính công thức $V = n \times 24,79$ mà em vừa học.