IDEĀLS GĀZES LIKUMS: FORMULA UN VIENĪBAS, PIELIETOJUMI, PIEMĒRI - ĶĪMIJA - 2025

Ideālas gāzes likums ir vienādojums valsts, kas raksturo attiecības starp valsts funkcijas, kas saistītas ar ideālu gāzi; piemēram, temperatūra, spiediens, tilpums un dzimumzīmju skaits. Šis likums ļauj izpētīt reālas gāzveida sistēmas, salīdzinot tās ar to idealizētajām versijām.

Ideāla gāze ir teorētiska gāze, ko veido punktveida vai sfēriskas daļiņas, kas nejauši pārvietojas; ar augstu kinētisko enerģiju, kur vienīgā mijiedarbība starp tām ir pilnīgi elastīgi triecieni. Turklāt tie atbilst ideālas gāzes likumiem.

Ideāls gāzes likums ļauj izpētīt un izprast daudzas reālas gāzes sistēmas. Avots: Pxhere.

Pie standarta spiediena un temperatūras (STP): 1 atm spiediena un 0 ° C, vairums reālo gāzu kvalitatīvi izturas kā ideālas gāzes; kamēr to blīvums ir mazs. Lieli starpmolekulāri vai starpatomiski attālumi (cēlgāzēm) atvieglo šādu tuvināšanu.

STP apstākļos skābeklis, slāpeklis, ūdeņradis, cēlgāzes un dažas saliktās gāzes, piemēram, oglekļa dioksīds, uzvedas kā ideāla gāze.

Ideālam gāzes modelim ir tendence izgāzties pie zemas temperatūras, augsta spiediena un liela daļiņu blīvuma; kad svarīga ir starpmolekulārā mijiedarbība, kā arī daļiņu lielums.

Ideālais gāzes likums ir trīs gāzes likumu sastāvs: Boilas un Mariottes likums, Čārlza un Geja-Lussaka likums un Avogadro likums.

Formula un vienības

Gāzes likumu matemātiski izsaka ar formulu:

PV = nRT

Kur P ir spiediens, ko rada gāze. To parasti izsaka ar atmosfēras vienību (atm), lai gan to var izteikt arī citās vienībās: mmHg, paskāls, bārs utt.

Gāzes tilpumu V parasti izsaka litru vienībās (L). Kamēr n ir molu skaits, R ir vispārējā gāzes konstante un T temperatūra, izteikta Kelvinos (K).

Visizplatītākā R izteiksme gāzēs ir vienāda ar 0,08206 L · atm · K ^-1 · mol ^-1 . Kaut arī gāzes gāzes konstantes SI vienības vērtība ir 8,3145 J · mol ^-1 · K ^-1 . Abas ir derīgas, kamēr esat piesardzīgs attiecībā uz citu mainīgo lielumiem (P, T un V).

Ideāls gāzes likums ir Boile-Mariotte, Charles-Gay-Lussac un Avogadro likumu apvienojums.

Boile-Mariotte likums

Spiediena palielināšanās, samazinot tvertnes tilpumu. Avots: Gabriel Bolívar

To patstāvīgi formulēja fiziķis Roberts Boils (1662) un fiziķis un botāniķis Edme Mariotte (1676). Likums ir izteikts šādi: nemainīgā temperatūrā fiksētas gāzes masas tilpums ir apgriezti proporcionāls spiedienam, ko tā rada.

PV ∝ k

Izmantojot kolu:

P ₁ V ₁ = P ₂ V ₂

Čārlza-Geja-Lussaka likums

Ķīniešu laternas vai vēlēšanās baloni. Avots: Pxhere.

Likumu publicēja Gajs-Lussaks 1803. gadā, bet tajā bija atsauce uz Žaka Čārlza nepublicēto darbu (1787). Šī iemesla dēļ likumu sauc par Kārļa likumu.

Likums nosaka, ka pastāvīgā spiedienā pastāv tieša samērīguma saistība starp gāzes aizpildīto tilpumu un tā temperatūru.

V ∝ k ₂ T

Izmantojot kolu:

V ₁ / T ₁ = V ₂ / T ₂

V ₁ T ₂ = V ₂ T ₁

Avogadro likums

Likumu 1811. gadā pasludināja Amadeo Avogadro, norādot, ka vienādā daudzumā visu gāzu, pie viena spiediena un temperatūras ir vienāds molekulu skaits.

V ₁ / n ₁ = V ₂ / n ₂

Ko nosaka ideālais gāzes likums?

Ideālais gāzes likums nosaka sakarību starp četrām neatkarīgām gāzes fizikālajām īpašībām: spiedienu, tilpumu, temperatūru un gāzes daudzumu. Pietiek ar to, ka zināt trīs no tiem, lai iegūtu vienu no pārējiem.

Likums nosaka nosacījumus, kas norāda, kad gāze uzvedas ideāli un kad tā attālinās no šādas izturēšanās.

Piemēram, tā sauktajam kompresijas koeficientam (PV / nRT) ideālo gāzu vērtība ir 1. Kompresijas koeficienta novirze no vērtības 1 norāda, ka gāzes uzvedība ir tālu no tā, ko parāda ideāla gāze.

Tāpēc kļūda tiktu pieļauta, piemērojot ideālas gāzes vienādojumu gāzei, kas neuzvedas saskaņā ar modeli.

Lietojumprogrammas

Gāzes blīvuma un molmasas aprēķins

Ideālā gāzes likuma vienādojumu var izmantot, lai aprēķinātu gāzes blīvumu un tā molāro masu. Veicot vienkāršu modifikāciju, var atrast matemātisku izteiksmi, kas saista gāzes blīvumu (d) un tās molāro masu (M):

d = MP / RT

Un notīrot M:

M = dRT / P

Ķīmiskajā reakcijā saražotās gāzes tilpuma aprēķins

Stöhiometrija ir ķīmijas nozare, kas katras reaģējošās vielas daudzumu saista ar produktiem, kas piedalās ķīmiskajā reakcijā, parasti izteiktu molos.

Ideālā gāzes vienādojuma izmantošana ļauj noteikt ķīmiskajā reakcijā saražotās gāzes tilpumu; jo molu skaitu var iegūt ķīmiskajā reakcijā. Tad var aprēķināt gāzes tilpumu:

PV = nRT

V = nRT / P

Izmērot V, var noteikt minētās reakcijas ražu vai gaitu. Kad vairs nav gāzu, tas nozīmē, ka reaģenti ir pilnībā iztērēti.

Maisījumā esošo gāzu daļējo spiedienu aprēķināšana

Ideālās gāzes likumu var izmantot kopā ar Daltona parciālo spiedienu likumu, lai aprēķinātu dažādu gāzu, kas atrodas gāzes maisījumā, daļējos spiedienus.

Attiecība attiecas:

P = nRT / V

Lai atrastu katras maisījumā esošās gāzes spiedienu.

Ūdenī savākto gāzu daudzums

Tiek veikta reakcija, kurā iegūst gāzi, kuru savāc ar eksperimentālu dizainu ūdenī. Ir zināms kopējais gāzes spiediens plus ūdens tvaika spiediens. Pēdējās vērtības var iegūt tabulā, un, atņemot gāzes spiedienu, var aprēķināt.

Izmantojot ķīmiskās reakcijas stehiometriju, var iegūt gāzes molu skaitu, izmantojot attiecību:

V = nRT / P

Tiek aprēķināts saražotās gāzes tilpums.

Aprēķinu piemēri

1. vingrinājums

Gāzes blīvums 17 ° C temperatūrā ir 0,0847 g / L un spiediens 760 torr. Kāda ir tā molārā masa? Kas ir gāze?

Mēs sākam no vienādojuma

M = dRT / P

Vispirms temperatūras vienības konvertējam uz kelviniem:

T = 17 ºC + 273,15 K = 290,15 K

Un 760 torru spiediens atbilst spiedienam 1 atm. Tagad jums tikai jāaizstāj vērtības un jārisina:

M = (0,0847 g / L) (0,08206 L atm K ^-1 mol ^-1 ) (290,15 K) / 1 atm

M = 2,016 g / mol

Šī molārā masa var atbilst vienai sugai: diatomiskā ūdeņraža molekulai H ₂ .

2. vingrinājums

Gāzes fāzē tiek atrasta 0,00553 g dzīvsudraba (Hg), kura tilpums ir 520 L un temperatūra 507 K. Aprēķina spiedienu, ko rada Hg. Hg molārā masa ir 200,59 g / mol.

Problēma tiek atrisināta, izmantojot vienādojumu:

PV = nRT

Informācija par Hg molu skaitu neparādās; bet tos var iegūt, izmantojot to molmasu:

Hg molu skaits = (0,00553 g Hg) (1 mols Hg / 200,59 g)

= 2,757 10 ^-5 moli

Tagad mums vienkārši jāatrisina P un jāaizstāj vērtības:

P = nRT / V

= (2 757 ^10–5 mol) (8 206 10 ^–2 L atm K – ¹ mol – ¹ ) (507 K) / 520 L

= 2,2 10 ^-6 atm

3. vingrinājums

Aprēķina spiedienu, ko rada sālsskābe, kas rodas, reaģējot 4,8 g hlora gāzes (Cl ₂ ) ar ūdeņraža gāzi (H ₂ ) 5,25 L tilpumā un 310 K temperatūrā. no Cl ₂ ir 70,9 g / mol.

H _{2 (g)} + Cl _{2 (g)} → 2 HCl _(g)

Problēma tiek atrisināta, izmantojot ideālo gāzes vienādojumu. Bet HCl daudzumu izsaka gramos, nevis molu, tāpēc tiek veikta pareiza pārveidošana.

HCl moli = (4,8 g Cl ₂ ) (1 mol Cl ₂ / 70,9 g Cl ₂ ) (2 mol HCl / 1 mol Cl ₂ )

= 0,135 moli HCl

Ideālā gāzes likuma vienādojuma piemērošana:

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

4. vingrinājums

Gāzveida savienojuma paraugs ar 0.130 g aizņem 140 ml tilpumu 70 ° C temperatūrā un 720 torra spiedienā. Kāda ir tā molārā masa?

Lai piemērotu ideālu gāzes vienādojumu, vispirms jāveic vairākas izmaiņas:

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

= 0,14 L

Ņemot tilpumu litros, mums tagad temperatūra jāizsaka kelvinos:

T = 70 ºC + 273,15 K = 243,15 K

Visbeidzot, mums jākonvertē spiediens atmosfēras vienībās:

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

= 0,947 atm

Pirmais problēmas risināšanas solis ir iegūt savienojuma molu skaitu. Šim nolūkam tiek izmantots ideālais gāzes vienādojums, un mēs atrisinām 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

Molārā masa jāaprēķina tikai dalot gramus ar iegūtajiem moliem:

Molārā masa = savienojuma grami / molu skaits.

= 0,130 g / 0,067 moli

= 19,49 g / mol

Atsauces

1. Vaitens, Deiviss, Peks un Stenlijs. (2008). Ķīmija. (8. izd.). CENGAGE mācīšanās.
2. Ira N. Levine. (2014). Fizikālās ķīmijas principi. Sestais izdevums. Mc Graw Hill.
3. Glasstone. (1970). Fizikālās ķīmijas līgums. Otrais izdevums. Aguilar.
4. Mathews, CK, Van Holde, KE, un Ahern, KG (2002). Bioķīmija. 3 ^bija izdevums. Izdevējs Pīrsons Adisons Veslijs.
5. Wikipedia. (2019. gads). Ideāla gāze. Atgūts no: en.wikipedia.org
6. Redakcijas komanda. (2018). Boile likums vai Boyle-Mariotte likums - gāzes likumi. Atgūts no: iquimicas.com
7. Džesija A. Key. (sf). Ideālas gāzes likums un daži pielietojumi. Atgūts no: opentextbc.ca