Prawo formuły i jednostek gazów idealnych, zastosowania, przykłady

Prawo gazów idealnych Jest to równanie stanu, które opisuje związek między funkcjami stanu związany z gazem idealnym; takie jak temperatura, ciśnienie, objętość i mole. To prawo pozwala na badanie prawdziwych systemów gazowych porównujących je z ich wyidealizowanymi wersjami.

Gaz idealny jest gazem teoretycznym, złożonym z specyficznych lub sferycznych cząstek, które poruszają się losowo; Z wielką energią kinetyczną, gdzie jedyną interakcją między nimi są całkowicie elastyczne starcia. Ponadto przestrzegają idealnego prawa gazu.

Prawo gazu idealnego pozwala na badanie i zrozumienie wielu prawdziwych systemów gazowych. Źródło: Pxhere.

Przy standardowym ciśnieniu i temperaturze (STP): 1 atm ciśnienia i temperaturze 0 ° C, większość rzeczywistych gazów zachowuje się jakościowo jak gazy idealne; pod warunkiem, że ich gęstości są niskie. Duże odległości międzycząsteczkowe lub międzyatomiczne (w przypadku gazów szlachetnych) ułatwiają takie podejścia.

W warunkach STP tlen, azot, wodór, gazy szlachetne i niektóre gazy złożone, takie jak dwutlenek węgla, zachowują się jak gaz idealny.

Model gazu idealnego upadają w niskich temperaturach, wysokich ciśnieniach i gęstości wysokościowych; Kiedy interakcje międzycząsteczkowe, a także wielkość cząstek, stają się ważne.

Prawo idealne gazów jest składem trzech przepisów Gase: Prawo Boyle i Mariotte, prawa Karola i Gay-Lussaca oraz prawa Avogadro.

[TOC]

Formuła i jednostki

Prawo gazów jest wyrażane matematycznie z formułą:

PV = NRT

Gdzie p jest ciśnienie wywierane przez gaz. Zazwyczaj wyraża się to za pomocą jednostki atmosfery (ATM), chociaż można go wyrazić w innych jednostkach: MMHG, Pascal, Bar itp.

Tom V zajmowany przez gaz jest zwykle wyrażany z jednością litra (L). Chwila N Jest to liczba moli, r uniwersalna stała gazów i T temperatura wyrażona w Kelvin (K).

Najczęściej stosowana ekspresja w gazach R jest równoważna 0,08206 L · atm · k^-1· Mol^-1. Chociaż jednostka dla stałej gazu ma wartość 83145 J · mol^-1· K^-1. Oba są ważne, o ile są ostrożne w przypadku jednostek innych zmiennych (P, T i V).

Prawo idealne gazów to połączenie prawa Boyle-Maleotte, prawa Charlesa-Gay-Lussa i prawa Avogadro.

Boyle-Maleotte Law

Zwiększone ciśnienie redukcji ciśnienia. Źródło: Gabriel Bolívar

Został sformułowany niezależnie przez fizyka Roberta Boyle'a (1662) oraz fizycznego i botanika Edme Mariotte (1676). Prawo jest określone w następujący sposób: W stałej temperaturze objętość stałej masy gazu jest odwrotnie proporcjonalna do wywieranego przez niego ciśnienia.

Może ci służyć: terpenos

PV ∝ K

Używając dwóch punktów:

P₁V₁ = P₂V₂

Prawo Charles-Gay-Lussac

Chińskie latarnie lub życzenia. Źródło: Pxhere.

Prawo zostało opublikowane przez Gay-Lussac w 1803 r., Ale odniósł się do pracy nie opublikowanej przez Jacquesa Charlesa (1787). Z tego powodu prawo jest znane jako prawo Karola.

Prawo stwierdza, że ​​przy stałym ciśnieniu istnieje bezpośredni stosunek proporcjonalności między objętością zajmowaną przez gaz i jego temperaturą.

V ∝ k₂T

Używając dwóch punktów:

V₁/T₁ = V₂/T₂

V₁T₂ = V₂T₁

Prawo Avogadro

Prawo zostało podane przez Amadeo Avogadro w 1811 r.

V₁/N₁ = V₂/N₂

Co ustanawia prawo gazów idealnych?

Poprzez prawo gazów idealnych ustalono związek między czterema niezależnymi właściwościami gazu: ciśnienie, objętość, temperatura i ilość gazu. Wystarczy znać wartość trzech z nich, aby uzyskać wartość pozostałych.

Prawo ustanawia warunki wskazujące, kiedy gaz zachowuje się idealnie, a kiedy odchodzi od tego zachowania.

Na przykład współczynnik kompresji SO (PV/NRT) ma wartość 1 dla gazów idealnych. Wartość wartości 1 dla współczynnika kompresji wskazuje, że zachowanie gazowe odsuwa się od gazu idealnego.

Dlatego przy zastosowaniu równania gazów idealnych do gazu popełniono błąd, który nie zachowuje się zgodnie z modelem.

Aplikacje

Obliczanie gęstości i masy molowej gazu

Równanie idealnego prawa gazu można zastosować do obliczania gęstości gazu i jego masy molowej. Podczas dokonywania prostej modyfikacji można znaleźć wyrażenie matematyczne, które wiąże gęstość (d) gazu i jego masę molową (M):

D = MP/RT

I oczyszczanie M:

M = drt/p

Obliczanie objętości gazu wytwarzanego w reakcji chemicznej

Stochiometria to gałąź chemii, która dotyczy ilości każdej z odczynników obecnych z produktami zaangażowanymi w reakcję chemiczną, zwykle wyrażaną w molach.

Zastosowanie równania gazów idealnych umożliwia określenie objętości gazu wytwarzanego w reakcji chemicznej; Ponieważ z reakcji chemicznej można uzyskać liczbę moli. Następnie można obliczyć objętość gazu:

Może ci służyć: szklany jonomer: przygotowanie, właściwości, typy, użycia

PV = NRT

V = nrt/p

Pomiar V może określić wydajność lub postęp wspomnianej reakcji. Gdy nie ma już gazów, wskazuje, że odczynniki całkowicie się wyczerpały.

Obliczanie ciśnień częściowych gazów obecnych w mieszaninie

Można zastosować prawo gazów idealnych wraz z prawem częściowej presji Daltona, aby obliczyć ciśnienie częściowe różnych gazów obecnych w mieszaninie gazowej.

Związek jest stosowany:

P = nrt/v

Aby znaleźć ciśnienie każdego z gazów obecnych w mieszaninie.

Objętość gazu zebrana w wodzie

Wystąpiła reakcja, która wytwarza gaz, który jest zbierany przez eksperymentalny projekt w wodzie. Całkowite ciśnienie gazu jest znane plus ciśnienie pary wodne. Wartość tych ostatnich można uzyskać w tabeli, a przez odejmowanie ciśnienie gazowe można obliczyć.

Z stechiometrii reakcji chemicznej można uzyskać liczbę moli gazu i zastosować związek:

V = nrt/p

Objętość wytwarzanego gazu jest obliczana.

Przykłady obliczeń

Ćwiczenie 1

Gaz ma gęstość 0,0847 g/l do 17 ° C i ciśnienie 760 Torr. Jaka jest twoja masa trzonowa? Co to jest gaz?

Zaczynamy od równania

M = drt/p

Najpierw przekształcamy jednostki temperaturowe na Kelvin:

T = 17 ° C + 273,15 k = 290,15 K

A ciśnienie 760 Torr odpowiada ciśnieniu 1 atm. Teraz musisz tylko zastąpić wartości i rozwiązać:

M = (0,0847 g/l) (0,08206 L · atm · k^-1· Mol^-1) (290,15 K) / 1 atm

M = 2 016 g/mol

Ta masa trzonowa może odpowiadać pojedynczej gatunku: cząsteczka wodoru dwuatomowego, H₂.

Ćwiczenie 2

Masa 0,00553 g rtęci (Hg) w fazie gazowej ma objętość 520 l i w temperaturze 507 K. Oblicz ciśnienie wywierane przez HG. Masa molowa HG wynosi 200,59 g/mol.

Problem jest rozwiązany za pomocą równania:

PV = NRT

Informacje o liczbie moli HG nie pojawiają się; Ale można je uzyskać za pomocą maski molowej:

Mole Hg = (0,00553 g Hg) (1 mol Hg/200,59 g)

Może ci służyć: tlen: właściwości, struktura, ryzyko, użycia

= 2 757 · 10^-5 Mole

Teraz musimy tylko wyczyścić P i zastąpić wartości:

P = nrt/v

= (2757 · 10^-5 mole) (8 206 · 10^-2 L · atm · k^-1· Mol^-1) (507 K)/ 520 l

= 2,2 · 10^-6 bankomat

Ćwiczenie 3

Oblicz ciśnienie wytwarzane przez kwas solny wytwarzany przez reakcję 4,8 g gazu chloru (Cl₂) z gazem wodorowym (h₂), W objętości 5,25 l i w temperaturze 310 K. Masa molowa CL₂ to 70,9 g/mol.

H_{2 g)}  +  Cl_{2 g)} → 2 HCl_(G)

Problem jest rozwiązany za pomocą równania gazów idealnych. Ale ilość HCl jest wyrażana w gramach, a nie w molach, więc dokonuje się należytej transformacji.

Mole HCl = (4,8 g Cl₂) (1 mol Cl₂/70,9 g Cl₂) (2 mol Hcl/1mol Cl₂)

= 0,135 moli HCl

Zastosowanie równania prawa gazów idealnych:

PV = NRT

P = nrt/v

= (0,135 moli HCl) (0,08206 L · ATM · K^-1· Mol^-1) (310 k) / 5.25 l

= 0,65 atm

Ćwiczenie 4

Próbka 0,130 g związka gazowego zajmuje objętość 140 ml w temperaturze 70 ° C i pod ciśnieniem 720 Torror. Jaka jest twoja masa trzonowa?

Aby zastosować idealne równanie GASE, najpierw należy wprowadzić kilka zmian:

V = (140 ml) (1 l/1000 ml)

= 0,14 l

Mając objętość w litrach, teraz musisz wyrazić temperaturę w Kelvin:

T = 70 ° C + 273,15 k = 243,15 K

I wreszcie musimy przekształcić presję w jednostki atmosfery:

P = (720 Torr) (1 atm/760 Torr)

= 0,947 atm

Pierwszym krokiem w rozwiązaniu problemu jest uzyskanie liczby moli ze związku. W tym celu stosuje się równanie gazów idealnych i oczyszczaliśmy N:

PV = NRT

N = PV / RT

= (0,947 atm) (0,14 l) / (0,08206 l · atm · k^-1· Mol^-1) (243,15 K)

= 0,067 moli

Konieczne jest jedynie obliczenie ciasta trzonowego poprzez podzielenie gramów między uzyskane mole:

Masa molowa = gramy związku / liczba moli.

= 0,130 g / 0,067 moli

= 19,49 g/mol

Bibliografia

1. Whitten, Davis, Peck i Stanley. (2008). Chemia. (8 wyd.). Cengage Learning.
2. Iran. Levine. (2014). Zasady fizykochemii. Szósta edycja. MC Graw Hill.
3. Glasstone. (1970). Traktat chemii fizycznej. Druga edycja. Aguilar.
4. Mathews, c. K., Van Holde, K. I., I ahern, k. G. (2002). Biochemia. 3^był Wydanie. Pearson Addison Wesley Editorial.
5. Wikipedia. (2019). Gaz doskonały. Źródło: w:.Wikipedia.org
6. Zespół redakcyjny. (2018). Boyle Law lub Boyle-Maleotte Law | Prawa gazowe. Odzyskane z: iquimicas.com
7. Jessie a. Klucz. (S.F.). Idealne prawo gazowe i poddziały podrzędne. Źródło: openTextBC.AC