ბოილის, ჩარლზისა და გეი-ლუსაკის აირების კანონები ყველა აირების მდგომარეობაზე არ ვრცელდება, ამიტომ ჩვენი ანალიზი უფრო რთული ხდება. ამიტომ, წარმოდგენილია იდეალური აირის მოდელი. იდეალური აირი ყოველდღიურ ცხოვრებაში არ არსებობს; იდეალური აირი ანალიზის გასაადვილებლად იდეალური ფორმაა. ამ იდეალური აირის კონცეფციის არსებობა ასევე ძალიან გვეხმარება აირების სამ კანონს შორის ურთიერთობის განხილვაში.
ტემპერატურას, მოცულობასა და გაზის წნევას შორის ურთიერთობა
ზემოთ მოყვანილი სამი გაზის კანონის გათვალისწინებით, შეგვიძლია გამოვიტანოთ უფრო ზოგადი დამოკიდებულება ტემპერატურას, მოცულობასა და გაზის წნევას შორის.
P1 = საწყისი წნევა (Pa ან N/m2 ) , P2 = საბოლოო წნევა (Pa ან N/m2 ) , V1 = საწყისი მოცულობა (მ 3 ), V2 = საბოლოო მოცულობა (მ 3 ), T1 = საწყისი ტემპერატურა (K), T2 = საბოლოო ტემპერატურა (K)
(Pa = პასკალი, N = ნიუტონი, m2 = კვადრატული მეტრი, m3 = კუბური მეტრი, K = კელვინი)
გაზის მასასა (მ) და მოცულობას (ვ) შორის დამოკიდებულება
რაც უფრო მეტ ჰაერს ათავსებენ რეზინის ბუშტში, მით უფრო გაბერილია ბუშტი. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, რაც უფრო დიდია აირის მასა, მით უფრო დიდია ბუშტის მოცულობა. შეგვიძლია ვთქვათ, რომ აირის მასა (მ) პირდაპირპროპორციულია აირის მოცულობისა (V).
მოლების რაოდენობა (n)
1 მოლი = ნივთიერების მასა, რომელიც ტოლია ნივთიერების მოლეკულური მასისა. მასა და მოლეკულური ჟანგბადის მასა განსხვავებულია.
მაგალითი 1, ჟანგბადის მოლეკულური მასა (O2 ) = 16 u + 16 u = 32 u (ჟანგბადის თითოეული მოლეკულა შეიცავს 2 ჟანგბადის ატომს, სადაც თითოეული ჟანგბადის ატომის მასა 16 u-ა). ამრიგად, 1 მოლი O2- ის მასა 32 გრამია. ანუ O2-ის მოლეკულური მასა = 32 გრამი / მოლი = 32 კგ/კმოლ.
მაგალითი 2, ნახშირბადის მონოქსიდის აირის (CO) მოლეკულური მასა = 12 u + 16 u = 28 u (ნახშირბადის მონოქსიდის თითოეული მოლეკულა შეიცავს 1 ნახშირბადის ატომს (C) და 1 ჟანგბადის ატომს (O). 1 ნახშირბადის ატომის მასა = 12 u და 1 ჟანგბადის ატომის მასა = 16 u. 12 u + 16 u = 28 u). ამრიგად, CO-ს 1 მოლი 28 გრამის მასაა. ანუ CO-ს მოლეკულური მასა = 28 გრამი/მოლი = 28 კგ/კმოლი.
მაგალითი 3, ნახშირორჟანგის აირის (CO2) მოლეკულური მასა = [12 u + (2 x 16 u)] = [12 u + 32 u] = 44 u (ნახშირორჟანგის თითოეული მოლეკულა შეიცავს 1 ნახშირბადის ატომს (C) და 2 ჟანგბადის ატომს (O). 1 ნახშირბადის ატომის მასა = 12 u და 1 ჟანგბადის ატომის მასა = 16 u). ამრიგად, CO2-ის 1 მოლი 44 გრამის მასაა. ანუ CO2-ის მოლეკულური მასა = 44 გრამი/მოლი = 44 კგ/კმოლი.
ნივთიერების მოლების რაოდენობა (n) = ნივთიერების მასის თანაფარდობა მის მოლეკულურ მასასთან. მათემატიკურად:
კითხვა 1:
გამოთვალეთ მოლების რაოდენობა 64 გ O2- ზე
O2 მასა = 64 გრამი
O2- ის მოლეკულური მასა = 32 გრამი/მოლი
კითხვა 2:
გამოთვალეთ მოლების რაოდენობა 280 გრამ CO2-ზე
CO2-ის მასა = 280 გრამი
CO-ს მოლეკულური მასა = 28 გრამი/მოლი
კითხვა 3:
გამოთვალეთ მოლების რაოდენობა 176 გრამ CO2- ზე
CO2-ის მასა = 176 გრამი
CO2- ის მოლეკულური მასა = 44 გრამი/მოლი
უნივერსალური გაზის მუდმივები (R)
მეცნიერთა მიერ ჩატარებული კვლევის საფუძველზე დადგინდა, რომ თუ ნივთიერების ზომის გამოსახატავად მოლების რაოდენობა (n) გამოიყენება, მაშინ თითოეული აირის შედარების მუდმივას ერთი და იგივე მნიშვნელობა აქვს. შესაბამისი მუდმივა უნივერსალური აირის მუდმივაა (R).
R = 8.315 ჯ/მოლ. K
= 8315 კჯ / კმოლ. კ
= 0.0821 (ლ.ატმ) / (მოლ. კ)
= 1.99 კალ/მოლ. კ
(J = ჯოული, K = კელვინი, L = ლიტრი, atm = ატმოსფერო, cal = კალორია)
იდეალური აირის კანონი (მოლების რაოდენობაში)
ზემოთ მოცემული შედარების განტოლებებად გარდაქმნა შესაძლებელია მოლების რაოდენობის (n) და უნივერსალური აირის მუდმივების (R) შეყვანით.
PV = n RT
ამ განტოლებას იდეალური აირის კანონი ან იდეალური აირის მდგომარეობის განტოლება ეწოდება.
P = გაზის წნევა (ნ/ მ² )
V = გაზის მოცულობა ( მ³ )
n = მოლების რაოდენობა (მოლი)
R = უნივერსალური აირის მუდმივები (R = 8.315 ჯ/მოლ. K)
T = გაზის აბსოლუტური ტემპერატურა (K)
ამოცანის გადაჭრისას თქვენ წააწყდებით ტერმინ STP-ს. STP არის სტანდარტული ტემპერატურა და წნევა.
სტანდარტული ტემპერატურა (T) = 0 o C = 273 K
სტანდარტული წნევა (P) = 1 ატმოსფერო = 1.013 x 10 5 ნ / მ 2 = 1.013 x 10 2 კპა = 101 კპა
გაზის კანონის საკითხების გადაჭრისას, ტემპერატურა უნდა გამოისახოს კელვინის (K) შკალით. თუ გაზის წნევა კვლავ საზომი წნევაა, ჯერ შეცვალეთ იგი აბსოლუტურ წნევაზე. აბსოლუტური წნევა = ატმოსფერული წნევა + საზომი წნევა. თუ ცნობილი არის ატმოსფერული წნევა (საზომი წნევა არ არის), ამოხსენით ამოცანა.
კითხვა 1:
ატმოსფერული წნევის (101 კპა) დროს, ნახშირორჟანგის ტემპერატურა = 20 ° C და მისი მოცულობა = 2 ლიტრი. თუ წნევა გადაყვანილია 201 კპა-ზე და ტემპერატურა 40°C-მდე გაიზრდება, გამოთვალეთ ნახშირორჟანგის საბოლოო მოცულობა.
Solution
P1 = 101 კპა
P2 = 201 კპა
T 1 = 20 ° C + 273 K = 293 K
T2 = 40 ° C + 273 K = 313 K
V 1 = 2 ლიტრი
კითხვა 2:
განსაზღვრეთ 2 მოლის აირის მოცულობა STP-ზე (ეს აირი იდეალური აირია)
Solution
კითხვა 3:
ჟანგბადის აირის მოცულობა STP-ზე = 20 მ 3. გამოთვალეთ ჟანგბადის აირის მასა.
Solution
1 მოლის გაზის მოცულობა STP-ზე = 22.4 ლიტრი = 22.4 დმ 3 = 22.4 x 10 -3 მ 3 (22.4 x 10 -3 მ 3 / მოლი)
ჟანგბადის აირის მოცულობა STP-ზე = 20 მ 3
ჟანგბადის მოლეკულების მასა = 32 გრამი/მოლი (1 მოლი ჟანგბადის მასა = 32 გრამი). ამრიგად, ჟანგბადის აირისებრი მასა უდრის:
მასა (მ) = მოლების რაოდენობა (ნ) x მოლეკულური მასა
მასა = (893 მოლი) x (32 გრამი / მოლი) = 28576 გრამი = 28.576 კგ
კითხვა 4:
ავზი შეიცავს 4 ლიტრ ჟანგბადს (O2 ) . ჟანგბადის ტემპერატურაა = 20 ° C და გაზომილი წნევაა = 20 x 105 N /მ 2 . განსაზღვრეთ ჟანგბადის მასა ( ჟანგბადის მოლეკულური მასა = 32 კგ/კმოლ = 32 გრამი/მოლი).
Solution
P = P ატმოსფერო + P გაზომილი = (1 x 10 5 ნ/მ² ) + (20 x 10 5 ნ/მ² ) = 21 x 10 5 ნ/ მ²
T = 20 ° C + 273 = 293 K
V = 4 ლიტრი = 4 დმ 3 = 4 x 10 -3 მ 3
R = 8.315 ჯ/მოლ. K = 8.315 ნმ/მოლ. K
ჟანგბადის მოლეკულური მასა = 32 კგ/კმოლ = 32 გრამი/მოლი
O2 მასა?
იდეალური აირის კანონი (მოლეკულების რაოდენობაში)
თუ ნივთიერების ზომას არა მასის (m) სახით, არამედ მოლების რაოდენობით (n) გამოვხატავთ, მაშინ უნივერსალური აირის მუდმივა (R) ყველა აირს ეხება. ის პირველად იტალიელმა მეცნიერმა ამადეო ავოგადრომ (1776-1856) აღმოაჩინა.
ავოგადრო ამბობდა, რომ როდესაც თითოეული აირის მოცულობა, წნევა და ტემპერატურა თანაბარია, თითოეულ გაზს მოლეკულების ერთნაირი რაოდენობა აქვს.
ავოგადროს ჰიპოთეზა შეესაბამება იმ ფაქტს, რომ მუდმივა R ყველა აირებისთვის ერთნაირია. აქ მოცემულია რამდენიმე მტკიცებულება:
პირველ რიგში, თუ პრობლემას იდეალური აირის კანონის განტოლების (PV = nRT) გამოყენებით ამოვხსნით, ვნახავთ, რომ როდესაც მოლების რაოდენობა (n) ტოლია,
წნევა და ტემპერატურაც მსგავსია, მაშინ ყველა აირის მოცულობა ერთნაირი იქნება, თუ გამოვიყენებთ უნივერსალურ აირის მუდმივებს R = 8.315 J / მოლ. K). ორთქლის გამწმენდი სისტემით (STP) ნებისმიერ აირს, რომელსაც აქვს მოლების ერთი და იგივე რაოდენობა (n), ექნება იგივე მოცულობა. 1 მოლი აირის მოცულობა STP-ზე = 22.4 ლიტრი. 2 მოლი აირის მოცულობა = 44.8 ლიტრი. 3 მოლი აირის მოცულობა = 67.2 ლიტრი. და ა.შ. ეს ეხება ყველა აირს.
მეორეც, 1 მოლში მოლეკულების რაოდენობა ყველა აირისთვის ერთნაირია. 1 მოლში მოლეკულების რაოდენობა = მოლეკულების რაოდენობა მოლზე = ავოგადროს რიცხვი (NA). ამგვარად, ავოგადროს რიცხვი ყველა აირისთვის ერთნაირია.
ავოგადროს რიცხვი, მიღებული გაზომვით:
NA = 6.02 x 10 23 მოლეკულა / მოლი
მოლეკულების საერთო რაოდენობის (N) მისაღებად, მოლზე მოლეკულების რაოდენობა (N A ) გაამრავლეთ მოლების რაოდენობაზე (n).
მოლეკულების საერთო რაოდენობა (N) = მოლეკულების რაოდენობა მოლზე (N A ) x მოლების რაოდენობა (n)
P = წნევა, V = მოცულობა, N = მოლეკულების საერთო რაოდენობა, k = ბოლცმანის მუდმივა (k = 1.38 x 10-23 J / K), T = ტემპერატურა
მოცულობის ერთეულები
1 ლიტრი (ლ) = 1000 მილილიტრი (მლ) = 1000 კუბური სანტიმეტრი (სმ 3 )
1 ლიტრი (ლ) = 1 კუბური დეციმეტრი (დმ 3 ) = 1 x 10 -3 მ 3
წნევის ობიექტები
1 ნ/მ² = 1 პა
1 ატმ = 1.013 x 10 5 ნ/მ 2 = 1.013 x 10 5 პა = 1.013 x 10 2 კპა = 101.3 კპა (ჩვეულებრივ გამოიყენება 101 კპა)
პა = პასკალი
ატმ = ატმოსფერო
