Boyleov, Charlesov i Gay-Lussacov zakon o gasu ne primjenjuju se na sve gasne uslove, tako da naša analiza postaje teža. Stoga je predstavljen model idealnog gasa. Idealni gas ne postoji u svakodnevnom životu; idealni gas je samo savršen oblik koji olakšava analizu. Postojanje ovog koncepta idealnog gasa nam također zaista pomaže u pregledu odnosa između tri gasna zakona.
Veza između temperature, zapremine i pritiska gasa
Pozivanjem na tri gore navedena zakona o gasovima, možemo izvesti opštiji odnos između temperature, zapremine i pritiska gasa.
P1 = početni pritisak (Pa ili N/m2), Str2 = konačni pritisak (Pa ili N/m2), V1 = početna zapremina (m3), V2 = konačna zapremina (m3), T1 = početna temperatura (K), T2 = krajnja temperatura (K)
(Pa = paskal, N = njutn, m2 = kvadratni metar, m3 = kubni metar, K = Kelvin)
Odnos između mase gasa (m) i zapremine (V)
Što se više zraka unese u gumeni balon, to je balon više naduvan. Drugim riječima, što je veća masa plina, to je veća zapremina balona. Možemo reći da je masa plina (m) direktno proporcionalna zapremini plina (V).
Broj molova (n)
1 mol = masa supstance jednaka molekularnoj masi supstance. Masa i molekularna masa kisika su različite stvari.
Primjer 1, molekularna masa kisika (O2) = 16 u + 16 u = 32 u (svaki molekul kisika sadrži 2 atoma kisika, gdje svaki atom kisika ima masu 16 u). Dakle, 1 mol O2 Ima masu od 32 grama. Ili molekularnu masu O2 = 32 grama / mol = 32 kg/kmol.
Primjer 2, molekularna masa plina ugljičnog monoksida (CO) = 12 u + 16 u = 28 u (svaki molekul ugljičnog monoksida sadrži 1 atom ugljika (C) i 1 atom kisika (O). Masa 1 atoma ugljika = 12 u i masa 1 atoma kisika = 16 u. 12 u + 16 u = 28 u). Dakle, 1 mol CO ima masu od 28 grama. Ili molekularna masa CO = 28 grama/mol = 28 kg/kmol.
Primjer 3, molekularna masa plina ugljik-dioksida (CO2) = [12 u + (2 x 16 u)] = [12 u + 32 u] = 44 u (svaki molekul ugljik-dioksida sadrži 1 atom ugljika (C) i 2 atoma kisika (O). Masa 1 atoma ugljika = 12 u, a masa 1 atoma kisika = 16 u). Dakle, 1 mol CO2 Ima masu od 44 grama. Ili molekularnu masu CO2 = 44 grama/mol = 44 kg/kmol.
Broj molova (n) supstance = odnos mase supstance i njene molekularne mase. Matematički:
Pitanje 1:
Izračunajte broj molova pri 64 g O2
O2 masa = 64 grama
Molekularna masa O2 = 32 grama/mol
Pitanje 2:
Izračunajte broj molova pri 280 grama CO2.
Masa CO2 = 280 grama
Molekularna masa CO = 28 grama/mol
Pitanje 3:
Izračunajte broj molova pri 176 grama CO2.2
CO2 masa = 176 grama
Molekularna masa CO2 = 44 grama/mol
Univerzalne plinske konstante (R)
Na osnovu istraživanja naučnika, utvrđeno je da ako se broj molova (n) koristi za izražavanje veličine supstance, tada konstanta poređenja za svaki gas ima istu vrijednost. Odgovarajuća konstanta je univerzalna gasna konstanta (R).
R = 8.315 J/mol·K
= 8315 kJ / kmol·K
= 0.0821 (L.atm) / (mol.K)
= 1.99 kal / mol K
(J = Džul, K = Kelvin, L = litar, atm = atmosfera, cal = kalorija)
ZAKON IDEALNOG GASA (u broju molova)
Gornja usporedba može se pretvoriti u jednadžbe unosom broja molova (n) i univerzalnih plinskih konstanti (R).
PV = n RT
Ova jednačina se naziva zakon idealnog gasa ili jednačina stanja idealnog gasa.
P = pritisak gasa (N/m2)
V = zapremina gasa (m3)
n = broj molova (mol)
R = univerzalne plinske konstante (R = 8.315 J/mol.K)
T = apsolutna temperatura plina (K)
Prilikom rješavanja problema, naići ćete na termin STP. STP je standardna temperatura i pritisak.
Standardna temperatura (T) = 0 oC = 273 K
Standardni pritisak (P) = 1 atm = 1.013 x 105 N/m2 = 1.013 x 102 kPa = 101 kPa
Prilikom rješavanja problema iz zakona o gasovima, temperaturu treba izraziti u Kelvinovoj (K) skali. Ako je pritisak gasa i dalje mjerni pritisak, prvo ga promijenite u apsolutni pritisak. Apsolutni pritisak = atmosferski pritisak + mjerni pritisak. Ako je poznati atmosferski pritisak (nema mjernog pritiska), riješite problem.
Pitanje 1:
Pri atmosferskom pritisku (101 kPa), temperatura ugljikovog dioksida = 20 oC, a njegova zapremina = 2 litre. Ako se pritisak pretvori u 201 kPa, a temperatura se poveća na 40 °C, izračunajte konačnu zapreminu gasa ugljen-dioksida.
rastvor
P1 = 101 kPa
P2 = 201 kPa
T1 = 20 oC + 273 K = 293 K
T2 = 40 oC + 273 K = 313 K
V1 = 2 litara
Pitanje 2:
Odredite zapreminu 2 mola gasa pri standardnoj temperaturi (ovaj gas je idealan gas).
rastvor
Pitanje 3:
Zapremina gasovitog kiseonika pri standardnoj temperaturi (STP) = 20 m3Izračunajte masu gasovitog kisika.
rastvor
Zapremina 1 mola gasa pri standardnoj temperaturi (STP) = 22.4 litra = 22.4 dm3 = 22.4 x 10-3 m3 (22.4 x 10-3 m3/mol)
Zapremina gasovitog kiseonika pri standardnoj temperaturi (STP) = 20 m3
Masa molekula kisika = 32 grama / mol (masa 1 mola kisika = 32 grama). Dakle, masa plinovitog kisika je:
masa (m) = broj molova (n) x molekularna masa
masa = (893 mol) x (32 grama / mol) = 28576 grama = 28.576 kg
Pitanje 4:
Boca sadrži 4 litre kisika (O2). Temperatura kisika je = 20 oC, a izmjereni pritisak je = 20 x 105 N / m2Odredite masu kisikan (Molekularna masa of Kiseonik = 32 kg/kmol = 32 grama/mol).
rastvor
P = P atm + P izmjereno = (1 x 105 N / m2) + (20 x 105 N / m2) = 21 x 105 N / m2
T = 20oC + 273 = 293 K
V = 4 litre = 4 dm3 = 4 x 10-3 m3
R = 8.315 J/mol K = 8.315 Nm/mol K
Molekularna masa of Kiseonik = 32 kg/kmol = 32 grama/mol
O2 masa?
ZAKON IDEALNOG GASA (U broju molekula)
Ako veličinu supstance ne izražavamo u obliku mase (m), već u broju molova (n), onda se univerzalna plinska konstanta (R) primjenjuje na sve plinove. Prvi ju je otkrio Amadeo Avogadro (1776-1856), talijanski naučnik.
Avogadro je rekao da kada su volumen, pritisak i temperatura svakog gasa jednaki, svaki gas ima isti broj molekula.
Avogadrova hipoteza odgovara činjenici da je konstanta R ista za sve gasove. Evo nekoliko dokaza:
Prvo, ako riješimo problem koristeći jednačinu zakona idealnog gasa (PV = nRT), otkrit ćemo da kada je broj molova (n) jednak,
Ako su pritisak i temperatura također slični, tada će zapremina svih gasova biti ista ako koristimo univerzalne gasne konstante R = 8.315 J / mol. K). U standardnom temperaturnom stanju (STP), svaki gas koji ima isti broj molova (n) imat će istu zapreminu. Zapremina 1 mola gasa pri STP = 22.4 litre. Zapremina 2 mola gasa = 44.8 litara. Zapremina 3 mola gasa = 67.2 litre. I tako dalje. Ovo se odnosi na sve gasove.
Drugo, broj molekula u 1 molu je isti za sve gasove. Broj molekula u 1 molu = broj molekula po molu = Avogadrov broj (NA). Dakle, Avogadrov broj je isti za sve gasove.
Avogadrov broj dobijen mjerenjem:
NA = 6.02 x 1023 molekula / mol
Da biste dobili ukupan broj molekula (N), pomnožite broj molekula po molu (NA) brojem molova (n).
Ukupan broj molekula (N) = broj molekula po molu (NA) x broj molova (n)
P = Pritisak, V = Zapremina, N = Ukupan broj molekula, k = Boltzmannova konstanta (k = 1.38 x 10-23 J / K), T = Temperatura
Jedinice volumena
1 litar (L) = 1000 mililitara (mL) = 1000 kubnih centimetara (cm3)
1 litra (L) = 1 kubni decimetar (dm3) = 1 x 10-3 m3
Jedinice pritiska
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 (obično se koristi 101 kPa)
Pa = paskal
atm = atmosfera
