Artikulo bahin sa balaod sa Ideal nga Gas (Ekwasyon sa kahimtang sa usa ka ideal nga gas)
Ang mga balaod sa gas naglakip sa: Balaod ni Boyle, Balaod ni Charles ug Balaod ni Gay-Lussac Kon ang balaod sa sulundon nga gas dili magamit sa tanang kondisyon sa gas, mas lisod ang atong pag-analisar. Aron mapasimple ang pag-analisar, usa ka modelo sa usa ka sulundon nga gas ang gihimo. Ang mga sulundon nga gas wala maglungtad sa adlaw-adlaw nga kinabuhi; kini mga hingpit nga porma lamang nga gihimo aron mapasimple ang pag-analisar. Ang konsepto sa usa ka sulundon nga gas makatabang usab kanato sa pagsusi sa relasyon tali sa tulo ka balaod sa gas.
Ang relasyon tali sa temperatura, gidaghanon, ug presyur sa usa ka gas
Pinaagi sa pagtan-aw sa tulo ka balaod sa gas sa ibabaw, makakuha kita og mas kinatibuk-ang relasyon tali sa temperatura, gidaghanon, ug presyur sa usa ka gas.
Kon ang equation 1, equation 2 ug equation 3 iusa, kini makita sama niini: PV ∝ T → Pagtandi 4
Kini nga ratio nag-ingon nga ang pressure (P) ug volume (V) kay proporsyonal sa absolute temperature (T).
Sa laing bahin, ang volume (V) kay sukwahi nga proporsyonal sa pressure (P).
Ang ratio 4 giusab ngadto sa equation:
Impormasyon:
P1 = inisyal nga presyur (Pa o N/m2)
P2 = katapusang presyur (Pa o N/m2)
V1 = inisyal nga gidaghanon (m3)
V2 = katapusang gidaghanon (m3)
T1 = inisyal nga temperatura (K)
T2 = katapusang temperatura (K)
(Pa = pascal, N = Newton, m2 = metro kwadrado, m3 = metro kubiko, K = Kelvin)
Ang relasyon tali sa masa sa gas (m) ug gidaghanon (V)
Kon ang usa ka hot air balloon gipaburot, kon mas daghang hangin ang gisuyop, mas molapad kini. Sa ato pa, kon mas dako ang masa sa gas, mas dako ang volume sa balloon. Maingon nato nga ang masa sa gas (m) direktang proporsyonal sa volume sa gas (V). Sa matematika:
V ∝ m → Ratio 5
Kon ang equation 4 i-combine sa equation 5, nan:
PV ∝ mT → Pagtandi 6
Gidaghanon sa mga moles (n)
1 mole = ang masa sa usa ka substansiya nga katumbas sa molekular nga masa sa maong substansiya. Lahi ang molekular nga masa ug masa.
Ehemplo 1, ang molekular nga masa sa Oxygen gas (O2) = 16 u + 16 u = 32 u (ang matag molekula sa oksiheno adunay 2 ka atomo sa oksiheno, diin ang matag atomo sa oksiheno adunay masa nga 16 u). Busa, 1 mole O2 adunay masa nga 32 gramos. O ang molekular nga masa sa O2 = 32 gramos/mol = 32 kg/kmol.
Pananglitan 2, molekular nga masa sa carbon monoxide gas (CO) = 12 u + 16 u = 28 u (ang matag molekula sa carbon monoxide adunay 1 ka atomo sa carbon (C) ug 1 ka atomo sa oksiheno (O). Masa sa 1 ka atomo sa carbon = 12 u ug masa sa 1 ka atomo sa oksiheno = 16 u. 12 u + 16 u = 28 u). Busa, ang 1 mole sa CO adunay masa nga 28 gramos. O ang molekular nga masa sa CO = 28 gramos/mol = 28 kg/kmol.
Ehemplo 3, ang molekular nga masa sa carbon dioxide gas (CO2) = [12 u + (2 x 16 u)] = [12 u + 32 u] = 44 u (ang matag molekula sa carbon dioxide adunay 1 ka atomo sa carbon (C ) ug 2 ka atomo sa oxygen (O). Ang masa sa 1 ka atomo sa Carbon = 12 u ug ang masa sa 1 ka atomo sa oxygen = 16 u). Busa, 1 mol sa CO2 adunay masa nga 44 gramos. O ang molekular nga masa sa CO2 = 44 gramos/mol = 44 kg/kmol.
Ang gidaghanon sa mga moles (n) sa usa ka substansiya = ang ratio sa masa sa substansiya ngadto sa molekular nga masa niini. Sa matematika, kini gisulat sama niini:
Ehemplo 1: Kwentaha ang gidaghanon sa mga moles sa 64 gramos nga O2
Misa O2 = 64 gramos
Ehemplo 2: Kwentaha ang gidaghanon sa mga moles sa 280 gramos nga CO
Misa sa CO = 280 gramos
Ehemplo 3: Kwentaha ang gidaghanon sa mga moles sa 176 gramos nga CO2
Misa sa CO2 = 176 gramos
Universal nga kanunay nga gas (R)
Base sa panukiduki nga gihimo sa mga siyentista, nadiskobrehan nga kung ang gidaghanon sa mga moles (n) gigamit sa pagpahayag sa gidak-on sa usa ka substansiya, ang proportionality constant alang sa matag gas adunay parehas nga kantidad. Ang proportionality constant nga gihisgutan mao ang universal gas constant (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 = litro, atm = atmospera, cal = kaloriya)
BALAOD SA IDEAL NGA GAS (sa mga moles)
Ang pagtandi sa ibabaw mahimong mabag-o ngadto sa usa ka equation pinaagi sa pagsulod sa gidaghanon sa mga moles (n) ug sa universal gas constant (R).
PV = nRT
Kini nga ekwasyon gitawag nga balaod sa sulundon nga gas o ang ekwasyon sa estado sa sulundon nga gas.
Impormasyon:
P = presyon sa gas (N/m2)
V = gidaghanon sa gas (m3)
n = gidaghanon sa mga moles (mol)
R = unibersal nga kanunay nga gas (R = 8,315 J/mol.K)
T = hingpit nga temperatura sa gas (K)
Sa pagsulbad sa mga problema, imong masugatan ang terminong STP. Ang STP usa ka minubo sa Standard nga Temperatura ug Presyon o Standard nga Temperatura ug Presyon.
Sumbanan nga temperatura (T) = 0 oC = 273 K
Standard nga presyur (P) = 1 atm = 1,013 x 105 N / m2 = 1,013x102 kPa = 101 kPa
Sa pagsulbad sa mga problema sa balaod sa gas, ang temperatura kinahanglan ipahayag sa sukdanan sa Kelvin (K).
Kon ang presyur sa gas usa gihapon ka sukod nga presyur, i-convert una kini ngadto sa hingpit nga presyur.
Absolute pressure = atmospheric pressure + gauge pressure (atmospheric pressure = external air pressure)
Kon ang nahibaloan mao ang presyur sa atmospera (walay gauge pressure), sulbara direkta ang problema.
Pananglitan nga pangutana 1:
Sa presyur sa atmospera (101 kPa), ang temperatura sa carbon dioxide gas = 20 oC ug ang volume = 2 ka litro. Kon ang pressure usbon ngadto sa 201 kPa ug ang temperatura dugangan ngadto sa 40 oC, kwentaha ang kataposang gidaghanon sa carbon dioxide nga gas.
Panaghisgot
Nasayran nga:
P1 = 101 kPa
P2 = 201 kPa
T1 = 20 oC + 273 K = 293 K
T2 = 40 oC + 273 K = 313 K
V1 = 2 ka litro
Nangutana: V2
Tubag:
Pananglitan nga pangutana 2:
Tinoa ang gidaghanon sa 2 ka moles sa gas sa STP (hunahunaa nga kini nga gas usa ka sulundon nga gas)
Panaghisgot
Ang gidaghanon sa 2 ka moles sa gas sa STP (standard nga temperatura ug presyur) kay 44,8 ka litro.
Pananglitan nga pangutana 3:
Gidaghanon sa oksiheno nga gas sa STP = 20 m3Unsa ang masa sa gas nga oksiheno?
Panaghisgot
Ang molekular nga masa sa oksiheno = 32 gramos/mol (masa sa 1 mole sa oksiheno = 32 gramos). Busa, ang masa sa gas nga oksiheno mao ang:
masa (m) = gidaghanon sa mga moles (n) x molekular nga masa
masa = (893 moles) x (32 gramos/mol) = 28576 gramos = 28,576 kg
Pananglitan nga pangutana 4:
Ang usa ka tangke adunay sulod nga 4 ka litro nga oxygen gas (O2Ang temperatura sa gas nga oksiheno = 20 oC ug ang nasukod nga presyur = 20 x 105 N / m2Tinoa ang masa sa gas nga oksiheno (molekular nga masa sa oksiheno = 32 kg/kmol = 32 gramos/mol)
Panaghisgot
BALAOD SA IDEAL NGA GAS (Sa gidaghanon sa mga molekula)
Kon atong ipahayag ang gidak-on sa usa ka substansiya dili sa termino sa masa (m), apan sa termino sa gidaghanon sa mga moles (n), nan ang universal gas constant (R) magamit sa tanang gas. Kini unang nadiskobrehan ni Amedeo Avogadro (1776-1856), usa ka Italyanong siyentista.
Si Avogadro miingon nga kon ang gidaghanon, presyur, ug temperatura sa matag gas parehas, nan ang matag gas adunay parehas nga gidaghanon sa mga molekula.
Ang sentence nga naka-bold italics gitawag og Avogadro's hypothesis. Ang Avogadro's hypothesis, o conjecture, nahiuyon sa kamatuoran nga ang constant R parehas para sa tanang gas. Ania ang pipila ka mga pruweba:
Una, kon atong sulbaron ang problema gamit ang ideal gas law equation (PV = nRT), atong makita nga kon ang gidaghanon sa mga moles (n) parehas, ang presyur ug temperatura parehas usab, nan ang gidaghanon sa tanang gas parehas ra, kon atong gamiton ang universal gas constant (R = 8,315 J/mol.K). Sa STP, ang matag gas nga adunay parehas nga gidaghanon sa mga moles (n) adunay parehas nga gidaghanon. Ang gidaghanon sa 1 mole sa gas sa STP = 22,4 ka litro. Ang gidaghanon sa 2 ka moles sa gas = 44,8 ka litro. Ang gidaghanon sa 3 ka moles sa gas = 67,2 ka litro. Ug uban pa… kini magamit sa tanang gas.
Ikaduha, ang gidaghanon sa mga molekula sa 1 ka mole parehas sa tanang gas. Ang gidaghanon sa mga molekula sa 1 ka mole = ang gidaghanon sa mga molekula kada mole = Avogadro's number (NA). Mao nga ang numero ni Avogadro parehas para sa tanang gas.
Ang gidak-on sa numero ni Avogadro makuha pinaagi sa mga sukod:
NA = 6,02 x 1023 mga molekula/mol
Aron makuha ang kinatibuk-ang gidaghanon sa mga molekula (N), mahimo natong padaghanon ang gidaghanon sa mga molekula kada mole (NA) sa gidaghanon sa mga mole (n).
Kini ang sulundon nga equation sa balaod sa gas sa termino sa gidaghanon sa mga molekula.
Impormasyon:
P = Presyon
V = Gidaghanon
N = Kinatibuk-ang gidaghanon sa mga molekula
k = Boltzmann's constant (k = 1,38 x 10-23 J/K)
T = Temperatura
gidaghanon
1 litro (L) = 1000 mililitro (mL) = 1000 sentimetro kubiko (cm3)
1 litro (L) = 1 cubic decimeter (dm)3) = 1 x 10-3 m3
Presyon
1 N / m2 = 1 Pa
1 atm = 1.013 x 105 N / m2 = 1,013x105 Pa = 1,013 x 102 kPa = 101,3 kPa (kasagaran 101 kPa ang gigamit)
Pa = pascal
atm = atmospera
Internal nga enerhiya sa usa ka sulundon nga gas
Internal nga enerhiya sa usa ka monatomic ideal gas
Ang internal nga enerhiya sa usa ka monatomic ideal gas mao ang kinatibuk-ang sumada sa translational kinetic energy sa mga molekula sa monatomic ideal gas. Ang kinatibuk-ang sumada sa translational kinetic energy sa mga molekula sa usa ka ideal gas = ang produkto sa aberids nga translational kinetic energy sa matag molekula sa gidaghanon sa mga molekula (N). Sa matematika:
Impormasyon:
U = Internal nga enerhiya sa usa ka monatomic ideal gas (J)
N = Gidaghanon sa mga molekula
k = Boltzmann's constant (k = 1,38 x 10 -23 J/K)
T = Hingpit nga temperatura (K)
n = Gidaghanon sa mga moles (mol)
R = Universal gas constant (R = 8,315 J/mol.K = 8315 kJ/kmol.K)
Enerhiya sa usa ka diatomic ideal gas
Ang internal nga enerhiya sa usa ka diatomic ideal gas mao ang sumada sa translational kinetic energy, rotational kinetic energy, ug vibrational kinetic energy sa mga molekula sa diatomic ideal gas. Sumala sa prinsipyo sa equipartition sa enerhiya, ang internal nga enerhiya sa usa ka diatomic ideal gas mao ang:
U = 5/2 n RT
Enerhiya sa usa ka polyatomic ideal gas
Ang internal nga enerhiya sa usa ka polyatomic ideal gas mao ang sumada sa translational kinetic energy, rotational kinetic energy, ug vibrational kinetic energy sa mga molekula sa polyatomic ideal gas. Sumala sa prinsipyo sa equipartition sa enerhiya, ang internal nga enerhiya sa usa ka polyatomic ideal gas mao ang:
U = 7/2 n RT
Enerhiya sa tinuod nga gas
Ang enerhiya sa usa ka tinuod nga gas nagdepende usab sa temperatura. Kung ang presyur sa usa ka tinuod nga gas igo na kataas (gamay ra ang gidaghanon sa tinuod nga gas), ang tinuod nga gas magsugod sa pagpakita og lahi nga pamatasan. Busa, maingon nga ang enerhiya sa usa ka tinuod nga gas nagdepende usab sa presyur ug gidaghanon.
