A gáz olyan anyagállapot, amelynek nincs meghatározott alakja vagy térfogata. gázok különféle viselkedésektől függ, például hőmérséklettől, nyomástól és térfogattól függően, saját egyedi viselkedésükkel. Noha minden gáz különbözik, az összes gáz hasonlóan viselkedik. Ez a tanulmányi útmutató kiemeli a gázok kémiai fogalmait és törvényeit.
A nyomás a intézkedés a terület egységére eső erőmennyiség. A gáz nyomása annak az erőnek a mennyisége, amelyet a gáz a felületére gyakorol a térfogatán belül. A magas nyomású gázok nagyobb erőt gyakorolnak, mint az alacsony nyomású gázok.
Az SI nyomás mértéke a pascal (Pa szimbólum). A pascal egyenlő 1 newton / négyzetméter erővel. Ez az egység nem nagyon hasznos a gázok valós körülmények közötti kezelésében, de ez egy mérhető és reprodukálható szabvány. Sok más nyomásmérő egység alakult ki az idő múlásával, elsősorban azzal a gázzal, amelyben leginkább ismerjük magunkat: a levegőt. A levegő problémája, a nyomás nem állandó. A légnyomás a tengerszint feletti magasságtól és sok egyéb tényezőtől függ. Számos nyomásmérő egység eredetileg a tengerszint feletti átlagos légnyomáson alapult, ám ezek standardizáltak.
A hőmérséklet az anyag tulajdonsága, amely az alkotórészecskék energiamennyiségéhez kapcsolódik.
Számos hőmérsékleti skálát fejlesztettek ki ennek az energiamennyiségnek a mérésére, de az SI standard skála a Kelvin hőmérsékleti skála. Két másik általános hőmérsékleti skála a Fahrenheit (° F) és a Celsius (° C) skála.
Az Kelvin skála abszolút hőmérsékleti skála, amelyet szinte minden gázszámításnál használnak. Gázproblémák kezelésekor fontos az átalakítás a hőmérsékleti értékek Kelvinnek.
Hőmérsékleti skálák közötti átváltási képletek:
K = ° C + 273,15
° C = 5/9 (° F - 32)
° F = 9/5 ° C + 32
Az STP azt jelenti normál hőmérséklet és nyomás. Ez a körülmény az 1 nyomás atmoszférában, 273 K (0 ° C) hőmérsékleten. Az STP-t általában a gázok sűrűségével vagy más esetekkel kapcsolatos számításokban használják a normál állapot feltételei.
Az STP-nél egy mol ideális gáz 22,4 liter térfogatot fog elfoglalni.
Dalton törvénye azt állítja, hogy a gázkeverék teljes nyomása megegyezik a komponensgázok összes egyedi nyomásának összegével.
Pteljes = P1. gáz + P2. gáz + PGáz 3 + ...
Az alkotógáz egyedi nyomása ismert parciális nyomásként a gáz. A parciális nyomást a képlettel kell kiszámítani
Pén = XénPteljes
hol
Pén = az egyes gázok részleges nyomása
Pteljes = teljes nyomás
xén = az egyes gázok mólaránya
A mólfrakció, Xén, úgy számítják, hogy az egyes gázok mólarányát elosztják a kevert gáz mólarányával.
Avogadro törvénye azt állítja, hogy a gáz térfogata közvetlenül arányos a gáz mennyiségével a vakondok száma gáz mennyiségét, amikor a nyomás és a hőmérséklet állandó marad. Alapvetően: A gáznak van mennyisége. Adjon hozzá további gázt, a gáz nagyobb mennyiséget vesz fel, ha a nyomás és a hőmérséklet nem változnak.
V = kn
hol
V = térfogat k = állandó n = a molok száma
Az Avogadro törvénye így is kifejezhető
Vén/ nén = Vf/ nf
hol
Vén és V.f kezdeti és végső kötetek
nén és nf a molok kezdeti és végső száma
Boyle gáz törvénye azt állítja, hogy a gáz térfogata fordítottan arányos a nyomással, amikor a hőmérsékletet állandó értéken tartják.
P = k / V
hol
P = nyomás
k = állandó
V = térfogat
Boyle törvénye szintén kifejezhető
PénVén = PfVf
ahol Pén és Pf a kezdeti és a végső nyomás Vén és V.f a kezdeti és a végső nyomás
A térfogat növekedésével a nyomás csökken, vagy a térfogat csökkenésével a nyomás növekszik.
Károly gáz törvénye azt állítja, hogy a gáz térfogata arányos annak abszolút hőmérsékletével, amikor a nyomást állandó értéken tartják.
V = kT
hol
V = térfogat
k = állandó
T = abszolút hőmérséklet
Károly törvénye kifejezhető
Vén/ Tén = Vf/ Tén
ahol Vén és V.f a kezdeti és a végső kötet
Tén és Tf a kezdeti és a végső abszolút hőmérsékletek
Ha a nyomást állandó értéken tartjuk, és a hőmérséklet megemelkedik, a gáz térfogata növekszik. Amint a gáz lehűl, a térfogat csökkenni fog.
Fickó-Lussac gáz törvénye azt állítja, hogy a gáz nyomása arányos annak abszolút hőmérsékletével, amikor a térfogatot állandó értéken tartják.
P = kT
hol
P = nyomás
k = állandó
T = abszolút hőmérséklet
Guy-Lussac törvénye szintén kifejezhető
Pén/ Tén = Pf/ Tén
ahol Pén és Pf a kezdeti és a végső nyomás
Tén és Tf a kezdeti és a végső abszolút hőmérsékletek
Ha a hőmérséklet megemelkedik, akkor a gáz nyomása növekszik, ha a térfogatot állandó értéken tartják. Amint a gáz lehűl, a nyomás csökkenni fog.
Az ideális gáz törvény, szintén ismert mint a kombinált gáz törvény, az összes kombinációja a korábbi gázszabályok változói. Az ideális gáz törvény a képlettel fejezzük ki
PV = nRT
hol
P = nyomás
V = térfogat
n = gáz molszáma
R = ideális gázállandó
T = abszolút hőmérséklet
R értéke a nyomás, térfogat és hőmérséklet mértékegységeitől függ.
R = 0,0821 liter · atm / mol · K (P = atm, V = L és T = K)
R = 8,3145 J / mol · K (nyomás x térfogata energia, T = K)
R = 8,2057 m3· Atm / mol · K (P = atm, V = köbméter és T = K)
R = 62,3637 L · Torr / mol · K vagy L · mmHg / mol · K (P = torr vagy mmHg, V = L és T = K)
Az ideális gázszabály a normál körülmények között is jól működik. A kedvezőtlen körülmények között szerepel a magas nyomás és a nagyon alacsony hőmérséklet.
Az ideális gáz törvény jó közelítés a valódi gázok viselkedéséhez. Az ideális gázszabály szerint megjósolt értékek általában a mért valós értékek 5% -án belül vannak. Az ideális gáz törvény nem teljesül, ha a gáz nyomása nagyon magas vagy a hőmérséklet nagyon alacsony. A van der Waals-egyenlet az ideális gáz törvényének két módosítását tartalmazza, és arra szolgál, hogy közelebbről megjósolja a valódi gázok viselkedését.
A van der Waals egyenlet:
(P + an2/ V2) (V - nb) = nRT
hol
P = nyomás
V = térfogat
a = a gázra jellemző nyomáskorrekciós állandó
b = a gázra jellemző térfogat-korrekciós állandó
n = a gáz molszáma
T = abszolút hőmérséklet
A van der Waals egyenlet nyomás- és térfogat-korrekciót tartalmaz a molekulák közötti kölcsönhatások figyelembevétele érdekében. Az ideális gázoktól eltérően, a valódi gáz egyes részecskéi kölcsönhatásba lépnek egymással és határozott térfogatúak. Mivel minden gáz különbözik, minden gáznak megvannak a saját korrekciói vagy értékei az a és b értékre a van der Waals egyenletben.