Բոյլի, Չարլզի և Գեյ-Լյուսակի գազային օրենքները չեն վերաբերում բոլոր գազային պայմաններին, ուստի մեր վերլուծությունն ավելի դժվար է դառնում։ Հետևաբար, ներկայացվում է իդեալական գազի մոդելը։ Իդեալական գազ գոյություն չունի առօրյա կյանքում. իդեալական գազը վերլուծությունը հեշտացնելու համար իդեալական ձևն է։ Այս իդեալական գազի հայեցակարգի գոյությունը նաև իսկապես օգնում է մեզ վերանայել գազերի երեք օրենքների միջև եղած կապը։
Գազի ջերմաստիճանի, ծավալի և ճնշման միջև եղած կապը
Վերոնշյալ երեք գազային օրենքներին անդրադառնալով՝ կարող ենք ստանալ ջերմաստիճանի, ծավալի և գազի ճնշման միջև ավելի ընդհանուր կապ։
P1 = սկզբնական ճնշում (Pa կամ N/m2 ) , P2 = վերջնական ճնշում (Pa կամ N/m2 ) , V1 = սկզբնական ծավալ (m3 ) , V2 = վերջնական ծավալ (m3 ) , T1 = սկզբնական ջերմաստիճան (K), T2 = վերջնական ջերմաստիճան (K)
(Պա = պասկալ, N = Նյուտոն, մ 2 = քառակուսի մետր, մ 3 = խորանարդ մետր, K = Կելվին)
Գազի զանգվածի (մ) և ծավալի (Վ) միջև եղած կապը
Որքան շատ օդ է լցվում ռետինե փուչիկի մեջ, այնքան ավելի է փքվում փուչիկը։ Այլ կերպ ասած, որքան մեծ է գազի զանգվածը, այնքան մեծ է փուչիկի ծավալը։ Կարող ենք ասել, որ գազի զանգվածը (մ) ուղիղ համեմատական է գազի ծավալին (Վ)։
Մոլերի քանակը (n)
1 մոլ = նյութի զանգվածը հավասար է նյութի մոլեկուլային զանգվածին։ Զանգվածը և մոլեկուլային թթվածնի զանգվածը տարբեր են։
Օրինակ 1, թթվածնի մոլեկուլային զանգվածը (O2 ) = 16 u + 16 u = 32 u (յուրաքանչյուր թթվածնի մոլեկուլ պարունակում է 2 թթվածնի ատոմ, որտեղ յուրաքանչյուր թթվածնի ատոմի զանգվածը 16 u է): Այսպիսով, 1 մոլ O2- ը ունի 32 գրամ զանգված: Կամ O2-ի մոլեկուլային զանգվածը = 32 գրամ / մոլ = 32 կգ/կմոլ:
Օրինակ 2, ածխածնի մոնօքսիդ գազի (CO) մոլեկուլային զանգվածը = 12 u + 16 u = 28 u (ածխածնի մոնօքսիդի յուրաքանչյուր մոլեկուլ պարունակում է 1 ածխածնի ատոմ (C) և 1 թթվածնի ատոմ (O): 1 ածխածնի ատոմի զանգվածը = 12 u և 1 թթվածնի ատոմի զանգվածը = 16 u: 12 u + 16 u = 28 u): Այսպիսով, CO-ի 1 մոլը ունի 28 գրամ զանգված: Կամ CO-ի մոլեկուլային զանգվածը = 28 գրամ/մոլ = 28 կգ/կմոլ:
Օրինակ 3, ածխաթթու գազի (CO2) մոլեկուլային զանգվածը = [12 u + (2 x 16 u)] = [12 u + 32 u] = 44 u (յուրաքանչյուր ածխաթթու գազի մոլեկուլ պարունակում է 1 ածխածնի ատոմ (C) և 2 թթվածնի ատոմ (O): 1 ածխածնի ատոմի զանգվածը = 12 u և 1 թթվածնի ատոմի զանգվածը = 16 u): Այսպիսով, CO2-ի 1 մոլը ունի 44 գրամ զանգված: Կամ CO2-ի մոլեկուլային զանգվածը = 44 գրամ/մոլ = 44 կգ/կմոլ:
Նյութի մոլերի քանակը (n) = նյութի զանգվածային հարաբերակցությունը նրա մոլեկուլային զանգվածին։ Մաթեմատիկորեն՝
Հարց 1.
Հաշվարկեք 64 գ O2- ի մոլերի քանակը
O2 զանգվածը = 64 գրամ
O2- ի մոլեկուլային զանգվածը = 32 գրամ/մոլ
Հարց 2:
Հաշվարկեք 280 գրամ CO2-ի մոլերի քանակը
CO զանգվածը = 280 գրամ
CO-ի մոլեկուլային զանգվածը = 28 գրամ/մոլ
Հարց 3:
Հաշվարկեք 176 գրամ CO2- ի մոլերի քանակը
CO2 զանգվածը = 176 գրամ
CO2- ի մոլեկուլային զանգվածը = 44 գրամ/մոլ
Համընդհանուր գազային հաստատուններ (R)
Գիտնականների կողմից անցկացված հետազոտությունների հիման վրա պարզվել է, որ եթե նյութի չափը արտահայտելու համար օգտագործվում է մոլերի քանակը (n), ապա յուրաքանչյուր գազի համեմատության հաստատունն ունի նույն արժեքը։ Համապատասխան հաստատունը համընդհանուր գազային հաստատունն է (R):
R = 8.315 Ջ/մոլ. Կ
= 8315 կՋ / կմոլ։ Կ
= 0.0821 (լ.ատմ) / (մոլ. Կ)
= 1.99 կալ/մոլ Կ
(Ջ = Ջոուլ, Կ = Կելվին, Լ = լիտր, Ատմ = մթնոլորտ, Կալորիա = կալորիա)
ԻԴԵԱԼ ԳԱԶԻ ՕՐԵՆՔԸ (մոլերի քանակով)
Վերոնշյալ համեմատությունը կարելի է վերածել հավասարումների՝ մուտքագրելով մոլերի քանակը (n) և ունիվերսալ գազային հաստատունները (R):
PV = n RT
Այս հավասարումը կոչվում է իդեալական գազի օրենք կամ իդեալական գազի վիճակի հավասարում։
P = գազի ճնշում (Ն/ մ² )
V = գազի ծավալը ( մ³ )
n = մոլերի քանակը (մոլ)
R = ունիվերսալ գազային հաստատուններ (R = 8.315 Ջ/մոլ. K)
T = գազի բացարձակ ջերմաստիճանը (K)
Խնդիրը լուծելիս դուք կհանդիպեք STP տերմինին։ STP-ն ստանդարտ ջերմաստիճան և ճնշում է։
Ստանդարտ ջերմաստիճան (T) = 0 o C = 273 K
Ստանդարտ ճնշում (P) = 1 մթնոլորտ = 1.013 x 10 5 Ն / մ 2 = 1.013 x 10 2 կՊա = 101 կՊա
Գազային օրենքի հետ կապված խնդիրները լուծելիս ջերմաստիճանը պետք է արտահայտվի Կելվինի (K) սանդղակով։ Եթե գազի ճնշումը դեռևս չափման ճնշում է, նախ փոխեք այն բացարձակ ճնշման։ Բացարձակ ճնշում = մթնոլորտային ճնշում + չափման ճնշում։ Եթե հայտնին մթնոլորտային ճնշումն է (չափման ճնշում չկա), լուծեք խնդիրը։
Հարց 1:
Մթնոլորտային ճնշման (101 կՊա) դեպքում ածխաթթու գազի ջերմաստիճանը = 20 ° C է, իսկ ծավալը՝ 2 լիտր։ Եթե ճնշումը վերածենք 201 կՊա-ի, իսկ ջերմաստիճանը բարձրացնենք մինչև 40°C, հաշվարկենք ածխաթթու գազի վերջնական ծավալը։
լուծում
P1 = 101 կՊա
P2 = 201 կՊա
T 1 = 20 ° C + 273 Կ = 293 Կ
T2 = 40 ° C + 273 Կ = 313 Կ
V 1 = 2 լիտր
Հարց 2:
Որոշեք 2 մոլ գազի ծավալը STP-ում (այս գազը իդեալական գազ է):
լուծում
Հարց 3:
Թթվածնի գազի ծավալը STP-ում = 20 մ 3 : Հաշվարկեք թթվածնի գազի զանգվածը:
լուծում
Գազի 1 մոլի ծավալը STP-ում = 22.4 լիտր = 22.4 դմ 3 = 22.4 x 10 -3 մ 3 (22.4 x 10 -3 մ 3 /մոլ)
Թթվածնի գազի ծավալը STP-ում = 20 մ 3
Թթվածնի մոլեկուլների զանգվածը = 32 գրամ/մոլ է (1 մոլ թթվածնի զանգվածը = 32 գրամ): Այսպիսով, թթվածնի գազային զանգվածը հավասար է.
զանգված (մ) = մոլերի քանակը (ն) x մոլեկուլային զանգված
զանգված = (893 մոլ) x (32 գրամ / մոլ) = 28576 գրամ = 28.576 կգ
Հարց 4:
Բաքը պարունակում է 4 լիտր թթվածին (O2 ) : Թթվածնի ջերմաստիճանը = 20 ° C է, իսկ չափված ճնշումը՝ = 20 x 105 Ն /մ 2 : Որոշեք թթվածնի զանգվածը ( թթվածնի մոլեկուլային զանգվածը = 32 կգ/կմոլ = 32 գրամ/մոլ):
լուծում
P = P մթնոլորտ + P չափված = (1 x 10 5 Ն/մ² ) + (20 x 10 5 Ն/մ² ) = 21 x 10 5 Ն/ մ²
T = 20 ° C + 273 = 293 Կ
Վ = 4 լիտր = 4 դմ 3 = 4 x 10 -3 մ 3
R = 8.315 Ջ/մոլ. K = 8.315 Նմ/մոլ. K
Թթվածնի մոլեկուլային զանգվածը = 32 կգ/կմոլ = 32 գրամ/մոլ
O2 զանգվածը ;
ԻԴԵԱԼ ԳԱԶԻ ՕՐԵՆՔ (մոլեկուլների քանակով)
Եթե նյութի չափը ներկայացնենք ոչ թե զանգվածի (m) տեսքով, այլ մոլերի քանակով (n), ապա համընդհանուր գազային հաստատունը (R) վերաբերում է բոլոր գազերին։ Այն առաջին անգամ հայտնաբերել է իտալացի գիտնական Ամադեո Ավոգադրոն (1776-1856)։
Ավոգադրոն ասել է, որ երբ յուրաքանչյուր գազի ծավալը, ճնշումը և ջերմաստիճանը հավասար են, յուրաքանչյուր գազ ունի նույն քանակությամբ մոլեկուլներ։
Ավոգադրոյի վարկածը համապատասխանում է այն փաստին, որ R հաստատունը նույնն է բոլոր գազերի համար։ Ահա մի քանի ապացույցներ՝
Նախ, եթե խնդիրը լուծենք իդեալական գազային օրենքի հավասարման միջոցով (PV = nRT), կտեսնենք, որ երբ մոլերի քանակը (n) հավասար է,
Եթե ճնշումն ու ջերմաստիճանը նույնպես նման են, ապա բոլոր գազերի ծավալը նույնը կլինի, եթե օգտագործենք ունիվերսալ գազային հաստատունները՝ R = 8.315 Ջ/մոլ. K): Գազային տաքացուցիչի դեպքում նույն քանակությամբ մոլեր (n) ունեցող ցանկացած գազ կունենա նույն ծավալը: Գազային տաքացուցիչի դեպքում 1 մոլ գազի ծավալը = 22.4 լիտր: 2 մոլ գազի ծավալը = 44.8 լիտր: 3 մոլ գազի ծավալը = 67.2 լիտր: Եվ այսպես շարունակ: Սա վերաբերում է բոլոր գազերին:
Երկրորդ, 1 մոլում մոլեկուլների քանակը նույնն է բոլոր գազերի համար։ 1 մոլում մոլեկուլների քանակը = մոլում մոլեկուլների քանակը = Ավոգադրոյի թիվ (ԱԹ): Այսպիսով, Ավոգադրոյի թիվը նույնն է բոլոր գազերի համար։
Ավոգադրոյի թիվը, որը ստացվել է չափման միջոցով.
NA = 6.02 x 10 23 մոլեկուլ / մոլ
Մոլեկուլների ընդհանուր թիվը (N) ստանալու համար բազմապատկեք մոլում մոլեկուլների քանակը (N₂ ) մոլերի քանակով (n):
Մոլեկուլների ընդհանուր քանակը (N) = մոլեկուլների քանակը մեկ մոլում (N A ) x մոլերի քանակը (n)
P = ճնշում, V = ծավալ, N = մոլեկուլների ընդհանուր քանակ, k = Բոլցմանի հաստատուն (k = 1.38 x 10-23 Ջ/Կ), T = ջերմաստիճան
Volավալային միավորներ
1 լիտր (լ) = 1000 միլիլիտր (մլ) = 1000 խորանարդ սանտիմետր (սմ 3 )
1 լիտր (լ) = 1 խորանարդ դեցիմետր (դմ³ ) = 1 x 10 -3 մ³
Ճնշման միավորներ
1 Ն/մ² = 1 Պա
1 մթնոլորտ = 1.013 x 10 5 Ն/մ² = 1.013 x 10 5 Պա = 1.013 x 10 2 կՊա = 101.3 կՊա (սովորաբար օգտագործվում է 101 կՊա)
Պա = պասկալ
ատմ = մթնոլորտ
