Die gaswette van Boyle, Charles se wet en Gay-Lussac is nie van toepassing op alle gastoestande nie, dus word ons analise moeiliker. Daarom word die ideale gasmodel aangebied. Ideale gas bestaan nie in die alledaagse lewe nie; die ideale gas is die perfekte vorm om analise te vergemaklik. Die bestaan van hierdie ideale gaskonsep help ons ook regtig om die verhouding tussen die drie wette van gas te hersien.
Die verband tussen temperatuur, volume en gasdruk
Deur na die drie gaswette hierbo te verwys, kan ons 'n meer algemene verband tussen temperatuur, volume en gasdruk aflei.
P1 = aanvanklike druk (Pa of N/m2), P2 = finale druk (Pa of N/m2), In1 = aanvanklike volume (m3), In2 = finale volume (m3), T1 = aanvanklike temperatuur (K), T2 = eindtemperatuur (K)
(Pa = pascal, N = Newton, m)2 = vierkante meter, m3 = kubieke meter, K = Kelvin)
Die verband tussen gasmassa (m) en volume (V)
Hoe meer lug in die rubberballon gesit word, hoe meer opgeblaas is die ballon. Met ander woorde, hoe groter die gasmassa, hoe groter die volume van die ballon. Ons kan sê dat die massa van die gas (m) direk eweredig is aan die volume van die gas (V).
Aantal mol (n)
1 mol = massa van 'n stof gelyk aan die molekulêre massa van die stof. Massa en molekulêre suurstofmassa is verskillend.
Voorbeeld 1, die suurstof molekulêre massa (O2) = 16 u + 16 u = 32 u (elke suurstofmolekule bevat 2 suurstofatome, waar elke suurstofatoom 'n massa van 16 u het). Dus, 1 mol O2 Het 'n massa van 32 gram. Of die molekulêre massa van O2 = 32 gram / mol = 32 kg/kmol.
Voorbeeld 2, die molekulêre massa van koolstofmonoksiedgas (CO) = 12 u + 16 u = 28 u (elke molekule koolstofmonoksied bevat 1 koolstofatoom (C) en 1 suurstofatoom (O). Massa van 1 koolstofatoom = 12 u en massa van 1 suurstofatoom = 16 u. 12 u + 16 u = 28 u). Dus, 1 mol CO het 'n massa van 28 gram. Of die molekulêre massa van CO = 28 gram/mol = 28 kg/kmol.
Voorbeeld 3, die molekulêre massa van die koolstofdioksiedgas (CO2) = [12 u + (2 x 16 u)] = [12 u + 32 u] = 44 u (elke koolstofdioksiedmolekule bevat 1 koolstofatoom (C) en 2 suurstofatome (O). Die massa van 1 koolstofatoom = 12 u en die massa van 1 suurstofatoom = 16 u). Dus, 1 mol CO2 Het 'n massa van 44 gram. Of die molekulêre massa van CO2 = 44 gram/mol = 44 kg/kmol.
Die aantal mol (n) van 'n stof = die massaverhouding van die stof tot sy molekulêre massa. Wiskundig:
Vraag 1:
Bereken die aantal mol by 64 g O2
O2 massa = 64 gram
Die molekulêre massa van O2 = 32 gram/mol
Vraag 2:
Bereken die aantal mol by 280 gram CO
CO massa = 280 gram
Die molekulêre massa van CO = 28 gram/mol
Vraag 3:
Bereken die aantal mol by 176 gram CO2
CO2 massa = 176 gram
Die molekulêre massa van CO2 = 44 gram/mol
Universele gaskonstantes (R)
Gebaseer op navorsing deur wetenskaplikes, is daar gevind dat as die aantal mol (n) gebruik word om die grootte van 'n stof uit te druk, dan het die vergelykingskonstante vir elke gas dieselfde waarde. Die ooreenstemmende konstante is die universele gaskonstante (R).
R = 8.315 J/mol. K
= 8315 kJ / kmol. K
= 0.0821 (L.atm) / (mol. K)
= 1.99 kal / mol. K
(J = Joule, K = Kelvin, L = liter, atm = atmosfeer, cal = kalorieë)
IDEALE GASWET (in die aantal mol)
Die bogenoemde vergelyking kan in vergelykings omgeskakel word deur die aantal mol (n) en universele gaskonstantes (R) in te voer.
PV = n RT
Hierdie vergelyking word die ideale gaswet of ideale gastoestandvergelyking genoem.
P = gasdruk (N/m²)2)
V = volume van gas (m3)
n = aantal mol (mol)
R = universele gaskonstantes (R = 8.315 J/mol. K)
T = absolute temperatuur van die gas (K)
In die oplossing van die probleem sal jy die term STP vind. STP is die Standaardtemperatuur en -druk.
Standaardtemperatuur (T) = 0 oC = 273 K
Standaarddruk (P) = 1 atm = 1.013 x 105 N/m2 = 1.013 x 102 kPa = 101 kPa
By die oplos van gaswetprobleme moet die temperatuur in die Kelvin (K) skaal uitgedruk word. Indien die gasdruk steeds 'n meetdruk is, verander dit eers na absolute druk. Absolute druk = atmosferiese druk + meetdruk. Indien die bekende atmosferiese druk is (geen meetdruk nie), los die probleem op.
Vraag 1:
By atmosferiese druk (101 kPa) is die temperatuur van koolstofdioksiedgas = 20 oC en die volume daarvan = 2 liter. As die druk omgeskakel word na 201 kPa en die temperatuur verhoog word na 40 °C, bereken die finale volume van die koolstofdioksiedgas.
Oplossing
P1 = 101 kPa
P2 = 201 kPa
T1 = 20 oC + 273 K = 293 K
T2 = 40 oC + 273 K = 313 K
V1 = 2 liter
Vraag 2:
Bepaal die volume van 2 mol gas by STP (hierdie gas is die ideale gas)
Oplossing
Vraag 3:
Volume suurstofgas by STP = 20 m3Bereken die suurstofgasmassa.
Oplossing
Volume van 1 mol gas by STP = 22.4 liter = 22.4 dm3 = 22.4 x 10-3 m3 (22.4 x 10-3 m3/mol)
Volume suurstofgas by STP = 20 m3
Die massa van suurstofmolekules = 32 gram / mol (massa van 1 mol suurstof = 32 gram). Dus is die suurstofgasmassa:
massa (m) = aantal mol (n) x molekulêre massa
massa = (893 mol) x (32 gram / mol) = 28576 gram = 28.576 kg
Vraag 4:
'n Tenk bevat 4 liter suurstof (O2Die suurstoftemperatuur is = 20 oC en gemete druk is = 20 x 105 N / m2Bepaal die massa van suurstofN (Molekulêre massa of suurstof = 32 kg/kmol = 32 gram/mol).
Oplossing
P = P atm + P gemeet = (1 x 105 N / m2) + (20 x 105 N / m2) = 21 x 105 N / m2
T = 20oC + 273 = 293 K
V = 4 liter = 4 dm3 = 4 x 10-3 m3
R = 8.315 J/mol. K = 8.315 Nm/mol. K
Molekulêre massa of suurstof = 32 kg/kmol = 32 gram/mol
O2 massa?
IDEALE GASWET (In die aantal molekules)
As ons die grootte van die stof nie in die vorm van massa (m) aandui nie, maar in die aantal mol (n), dan geld die universele gaskonstante (R) vir alle gasse. Dit is die eerste keer ontdek deur Amadeo Avogadro (1776-1856), 'n Italiaanse wetenskaplike.
Avogadro het gesê dat wanneer die volume, druk en temperatuur van elke gas gelyk is, elke gas dieselfde aantal molekules het.
Die Avogadro-hipotese stem ooreen met die feit dat die konstante R dieselfde is vir alle gasse. Hier is 'n paar bewyse:
Eerstens, as ons die probleem oplos deur die ideale gaswetvergelyking (PV = nRT) te gebruik, sal ons vind dat wanneer die aantal mol (n) gelyk is,
die druk en temperatuur is ook soortgelyk, dan sal die volume van alle gasse dieselfde wees as ons universele gaskonstantes R = 8.315 J / mol. K gebruik. In STP sal enige gas met dieselfde aantal mol (n) dieselfde volume hê. Volume van 1 mol gas by STP = 22.4 liter. Volume van 2 mol gas = 44.8 liter. Volume van 3 mol gas = 67.2 liter. Ensovoorts. Dit geld vir alle gasse.
Tweedens, die aantal molekules in 1 mol is dieselfde vir alle gasse. Die aantal molekules in 1 mol = aantal molekules per mol = Avogadro-getal (NA). Dus, die Avogadro-getal is dieselfde vir alle gasse.
Avogadro se getal verkry deur meting:
NA = 6.02 x 1023 molekule / mol
Om die totale aantal molekules (N) te kry, vermenigvuldig die aantal molekules per mol (NA) volgens die aantal mol (n).
Totale aantal molekules (N) = aantal molekules per mol (NA) x aantal mol (n)
P = Druk, V = Volume, N = Totale aantal molekules, k = Boltzmann-konstante (k = 1.38 x 10⁻²⁴ J / K), T = Temperatuur
Volume eenhede
1 liter (L) = 1000 milliliter (mL) = 1000 kubieke sentimeter (cm3)
1 liter (L) = 1 kubieke desimeter (dm²)3) = 1 x 10-3 m3
Drukeenhede
1 N / m2 = 1 Pa
1 atm = 1.013 x 105 N / m2 = 1.013 x 105 Pa = 1.013 x 102 kPa = 101.3 kPa (gewoonlik gebruik 101 kPa)
Pa = pascal
atm = atmosfeer
