Mar a nì thu obrachadh a-mach cuideam gas
Tha cuideam gas na bhun-bheachd deatamach ann am fiosaig agus ceimigeachd a nochdas gu tric ann am beatha làitheil—bho thaidhrichean charbadan agus siolandairean LPG gu aerosolan agus pròiseasan obair-lann. Le bhith a’ tuigsinn mar a nì sinn obrachadh a-mach cuideam gas, cuidichidh sin sinn le bhith a’ ro-innse mar a bhios gas ag obair nuair a dh’atharraicheas a mheud, nuair a bhios an teòthachd aige ag atharrachadh, no nuair a bhios a mheud ag àrdachadh. Tha an t-artaigil seo a’ beachdachadh air mìneachadh cuideam gas, na h-aonadan a thathar a’ cleachdadh, agus na prìomh fhoirmlean a thathar a’ cleachdadh gus a thomhas, còmhla ri eisimpleirean.
1. A’ Tuigsinn Bruthadh Gas
Is e cuideam gas an fheachd gach aonad farsaingeachd a chuireas mìrean gas an sàs nuair a bhuaileas iad ri ballachan soitheach. Ged a tha gas a’ coimhead “aotrom” agus do-fhaicsinneach, tha mìrean gas a’ gluasad gu luath agus air thuaiream. Is iad na bualaidhean cunbhalach seo a chruthaicheas cuideam.
Gu matamataigeach, tha cuideam air a mhìneachadh mar:
P = F/A
Fiosrachadh:
– P = cuideam
– F = feachd
– A = farsaingeachd a’ phlèana (farsaingeachd)
Ach, ann an cleachdadh àireamhachadh gas (gu h-àraidh ann an ceimigeachd agus fiosaig), is tric a thathas a’ tomhas cuideam le bhith a’ cleachdadh co-aontar gas air leth no laghan gas eile.
2. Aonadan Brùthaidh Gas a thathas a’ cleachdadh gu cumanta
Faodar cuideam gas a chur an cèill ann an diofar aonadan. Seo na h-aonadan as cumanta:
1. Pascal (Pa)
Aonadan SI. 1 Pa = 1 N/m².
2. Cileapascal (kPa)
1 kPa = 1000 Pa.
3. Àile (atm)
Air a chleachdadh gu cumanta ann an ceimigeachd.
1 atm = 101325 Pa ≈ 101,3 kPa.
4. mmHg no Torr
Glè thric air a chleachdadh ann an deuchainnean bruthadh-fala agus falamh.
1 atm = 760 mmHg = 760 Torr.
5. bàr
Gu tric air a chleachdadh ann an innleadaireachd.
1 bàr = 100 kPa.
Tha tionndadh aonadan riatanach airson àireamhachadh cunbhalach. Mar eisimpleir, ma tha thu a’ cleachdadh co-aontar a’ ghasa air leth agus a’ cleachdadh R ann an aonadan de L·atm/mol·K, bu chòir an cuideam a bhith ann an atm, an tomhas-lìonaidh ann an liotairean, agus an teòthachd ann an Kelvin.
3. Laghan Bunasach Gas airson Brùthadh Àireamhachadh
a) Lagh Boyle (Bruthadh an aghaidh Meud)
Tha lagh Boyle ag ràdh aig teòthachd cunbhalach agus meud cunbhalach de ghas, gu bheil cuideam co-rèireach gu neo-dhìreach ris an tomhas-lìonaidh:
P₁V₁ = P₂V₂
Fiosrachadh:
– P₁, V₁ = cuideam agus meud tùsail
– P₂, V₂ = cuideam agus meud deireannach
Contoh:
Tha gas ann am piston le cuideam de 2 atm agus tomhas-lìonaidh de 3 L. Tha an gas air a dhlùthadh gus am bi a mheud 1,5 L aig teòthachd cunbhalach. Dè an cuideam deireannach?
Cleachd am foirmle:
P₁V₁ = P₂V₂
2 atm × 3 L = P₂ × 1,5 L
6 = 1,5P₂
P₂ = 4 atm
Mar sin, is e 4 atm an cuideam mu dheireadh.
b) Lagh Gay-Lussac (Bruthadh an aghaidh Teòthachd)
Ma dh'fhanas meud agus meud a' ghasa seasmhach, tha an cuideam dìreach co-rèireach ris an teòthachd iomlan (Kelvin):
P₁ / T₁ = P₂ / T₂
Fiosrachadh:
Feumaidh T a bhith ann an Kelvin (K), chan e Celsius.
Contoh:
Tha cuideam gas ann an siolandair 1,5 atm aig 27°C. Tha an siolandair air a theasachadh gu 127°C, ach tha a mheud seasmhach. Dè an cuideam mu dheireadh?
Tionndaidh teòthachd gu Kelvin:
T₁ = 27 + 273 = 300 K
T₂ = 127 + 273 = 400 K
Cunntadh:
P₁/T₁ = P₂/T₂
1,5/300 = P₂/400
P₂ = 1,5 × (400/300) = 2,0 atm
Is e 2 atm an cuideam mu dheireadh.
c) Lagh Gas Co-mheasgaichte (Boyle + Charles + Gay-Lussac)
Ma dh’fhanas meud a’ ghasa seasmhach ach ma dh’fhaodas an cuideam, an tomhas-lìonaidh agus an teòthachd uile atharrachadh:
(P₁V₁) / T₁ = (P₂V₂) / T₂
Tha seo gu sònraichte feumail ann an cùisean anns a bheil atharrachaidhean ann an teòthachd agus meud aig an aon àm.
Contoh:
Tha cuideam de 1 atm aig a’ ghas, meud de 2 L, agus teòthachd de 300 K. An uairsin bidh e ag atharrachadh gu meud de 3 L agus teòthachd de 450 K. Dè an cuideam deireannach?
(P₁V₁)/T₁ = (P₂V₂)/T₂
(1 × 2)/300 = (P₂ × 3)/450
2/300 = 3P₂/450
0,00667 = 0,00667P₂
P₂ = 1 atm
Tha an cuideam mu dheireadh fhathast 1 atm.
4. A’ tomhas cuideam leis a’ cho-aontar gas foirfe
Is e an co-aontar gas air leth an fhoirmle as coitcheann airson cuideam gas obrachadh a-mach nuair a tha fios air an àireamh de mhòlan:
PV = nRT
Ma tha thu airson cuideam obrachadh a-mach:
P = (nRT) / V
Fiosrachadh:
– P = cuideam
– V = meud
– n = àireamh mhòlan gas
– R = cunbhalach gas
– T = teòthachd (K)
Tha luach R an urra ris na h-aonadan a thathar a’ cleachdadh. Is iad seo na h-aonadan as cumanta:
– R = 0,08206 L·atm/mol·K
– R = 8,314 J/mol·K (ma thathar a’ cleachdadh Pa agus m³)
Contoh:
Tha 0,5 mòlan de ghas ann an soitheach 10 liotair aig 27°C. Dè an cuideam ann an atm?
Atharraich teòthachd:
T = 27 + 273 = 300 K
P = nRT/V
P = (0,5 × 0,08206 × 300) / 10
P = (12,309) / 10
P = 1,2309 atm
Mar sin tha cuideam a’ ghasa ≈ 1,23 atm.
5. Brùthadh Pàirteach ann am Measgachaidhean Gas (Lagh Dalton)
Ma tha measgachadh de ghrunn ghasan ann an soitheach, is e an cuideam iomlan suim nam brùthaidhean pàirteach de gach gas:
P_iomlan = P₁ + P₂ + P₃ + …
Faodar cuideam pàirteach gas i obrachadh a-mach le:
Pᵢ = xᵢ × P_iomlan
far a bheil xᵢ na bhloigh mhòlach:
xᵢ = nᵢ / n_iomlan
Contoh:
Ann an soitheach, tha 2 mhòl de N₂ agus 1 mhòl de O₂. Is e 3 atm an cuideam iomlan. Dè a th’ ann an cuideam pàirteach O₂?
n_iomlan = 2 + 1 = 3 mol
x_O2 = 1/3
P_O2 = x_O2 × P_iomlan = (1/3) × 3 atm = 1 atm
Bruthadh pàirteach O₂ = 1 atm.
6. Molaidhean cudromach gus mearachdan a sheachnadh ann an àireamhachadh cuideam gas
1. Cleachd teòthachd Kelvin an-còmhnaidh
T(K) = T(°C) + 273.
2. Maidseadh na h-aonadan mus dèan thu obrachadh a-mach.
Ma tha R ann an L·atm, cleachd meud liotair agus cuideam atm.
3. Thoir sùil a bheil am pròiseas seasmhach
Boyle: teòthachd cunbhalach.
Gay-Lussac: meud seasmhach.
Teàrlach: cuideam cunbhalach (ged nach eilear ga dheasbad gu mionaideach an seo).
Gasaichean co-mheasgaichte: faodaidh a h-uile càil atharrachadh.
4. Cleachd co-aontar a’ ghasa air leth nuair a tha fios air na mòlan.
Ma thèid mais gas a thoirt dhut, tionndaidh e gu mòlan an toiseach:
n = m / Mgr.
5. Thoir aire do cho-theacsa na ceiste
Mar eisimpleir, ann an tiùb dùinte cruaidh (meud stèidhichte), àrdaichidh teasachadh an cuideam a rèir Gay-Lussac.
Co-dhùnadh
Tha mar a nì thu obrachadh a-mach cuideam gas an urra ri suidheachaidhean an t-siostaim: co-dhiù a tha an teòthachd seasmhach, a bheil an tomhas-lìonaidh seasmhach, no a bheil na caochladairean uile ag atharrachadh. Airson cùisean sìmplidh, tha laghan Boyle agus Gay-Lussac feumail. Airson suidheachaidhean nas coitcheann, is e co-aontar gas còmhla agus co-aontar gas air leth na prìomh innealan. Ma tha na gasaichean measgaichte, thathar a’ cleachdadh lagh Dalton gus na cuideaman iomlan agus pàirteach a dhearbhadh. Le bhith a’ tuigsinn nam foirmlean, nan aonadan, agus nan ceumannan tionndaidh, faodaidh tu diofar dhuilgheadasan cuideam gas fhuasgladh nas luaithe agus nas cruinne.
Ma thogras tu, is urrainn dhomh dreach den artaigil seo a dhèanamh le barrachd cheistean cleachdaidh (can 10–15 ceist) còmhla ri mìneachaidhean ceum air cheum.
