Бойл, Чарльз заңы және Гей-Люссак газ заңдары барлық газ жағдайларына қолданылмайды, сондықтан біздің талдауымыз қиындай түседі. Сондықтан, біз идеалды газ моделін ұсындық. Идеал газ күнделікті өмірде жоқ; идеал газ - талдауды жеңілдету үшін ең қолайлы форма. Бұл идеал газ тұжырымдамасының болуы бізге газдың үш заңы арасындағы байланысты қарастыруға көмектеседі.
Температура, көлем және газ қысымы арасындағы байланыс
Жоғарыдағы үш газ заңына сүйене отырып, температура, көлем және газ қысымы арасындағы жалпы байланысты анықтауға болады.
P 1 = бастапқы қысым (Pa немесе N/m2 ) , P 2 = соңғы қысым (Pa немесе N/m2 ) , V 1 = бастапқы көлем (m3 ) , V 2 = соңғы көлем (m3 ) , T 1 = бастапқы температура (K), T 2 = соңғы температура (K)
(Па = паскаль, N = Ньютон, м2 = шаршы метр, м3 = текше метр, K = Кельвин)
Газ массасы (м) мен көлем (В) арасындағы байланыс
Резеңке шарға неғұрлым көп ауа құйылса, шар соғұрлым көп ісінеді. Басқаша айтқанда, газ массасы неғұрлым үлкен болса, шардың көлемі соғұрлым үлкен болады. Газ массасы (m) газ көлеміне (V) тура пропорционалды деп айтуға болады.
Моль саны (n)
1 моль = заттың массасы заттың молекулалық массасына тең. Масса және молекулалық оттегі массасы әртүрлі.
1-мысал, оттегінің молекулалық массасы (O2 ) = 16 u + 16 u = 32 u (әрбір оттегі молекуласында 2 оттегі атомы бар, мұндағы әрбір оттегі атомының массасы 16 u). Осылайша, 1 моль O2 массасы 32 грамм. Немесе O2 молекулалық массасы = 32 грамм / моль = 32 кг/кмоль.
2-мысал, көміртегі моноксиді газының (CO) молекулалық массасы = 12 u + 16 u = 28 u (көміртегі тотығының әрбір молекуласында 1 көміртек атомы (C) және 1 оттегі атомы (O) бар. 1 көміртек атомының массасы = 12 u және 1 оттегі атомының массасы = 16 u. 12 u + 16 u = 28 u). Осылайша, 1 моль CO массасы 28 грамм. Немесе CO молекулалық массасы = 28 грамм/моль = 28 кг/кмоль.
3-мысал, көмірқышқыл газының (CO2) молекулалық массасы = [12 u + (2 x 16 u)] = [12 u + 32 u] = 44 u (әрбір көмірқышқыл газы молекуласында 1 көміртек атомы (C) және 2 оттегі атомы (O) бар. 1 көміртек атомының массасы = 12 u және 1 оттегі атомының массасы = 16 u). Осылайша, 1 моль CO2 массасы 44 грамм. Немесе CO2 молекулалық массасы = 44 грамм/моль = 44 кг/кмоль.
Заттың моль саны (n) = заттың массасының оның молекулалық массасына қатынасы. Математикалық тұрғыдан:
Сұрақ 1:
64 г O2 -дегі моль санын есептеңіз
O2 массасы = 64 грамм
O2 молекулалық массасы = 32 грамм/моль
2-сұрақ:
280 грамм CO2-дегі моль санын есептеңіз
CO2 массасы = 280 грамм
СО молекулалық массасы = 28 грамм/моль
3-сұрақ:
176 грамм CO2 -дегі моль санын есептеңіз
CO2 массасы = 176 грамм
CO2 молекулалық массасы = 44 грамм/моль
Әмбебап газ тұрақтылары (R)
Ғалымдардың зерттеулеріне сүйене отырып, егер заттың мөлшерін білдіру үшін моль саны (n) қолданылса, онда әрбір газ үшін салыстыру тұрақтысы бірдей мәнге ие болатыны анықталды. Сәйкес тұрақты - әмбебап газ тұрақтысы (R).
R = 8.315 Дж/моль К
= 8315 кДж/кмоль К
= 0.0821 (л.атм) / (моль. К)
= 1.99 кал/мол К
(Дж = Джоуль, К = Кельвин, L = литр, атм = атмосфера, кал = калория)
ИДЕАЛЬ ГАЗ ЗАҢЫ (молдар саны бойынша)
Жоғарыдағы салыстыруды моль санын (n) және универсалды газ тұрақтыларын (R) енгізу арқылы теңдеулерге түрлендіруге болады.
PV = n RT
Бұл теңдеу идеал газ күйінің теңдеуі немесе идеал газ заңы деп аталады.
P = газ қысымы (Н/ м² )
V = газ көлемі ( м³ )
n = моль саны (моль)
R = универсалды газ тұрақтылары (R = 8.315 Дж/моль. К)
T = газдың абсолютті температурасы (K)
Есепті шешуде сіз STP терминін кездестіресіз. STP - стандартты температура мен қысым.
Стандартты температура (T) = 0 o C = 273 K
Стандартты қысым (P) = 1 атм = 1.013 x 10 5 Н / м 2 = 1.013 x 10 2 кПа = 101 кПа
Газ заңы мәселелерін шешуде температураны Кельвин (К) шкаласы бойынша көрсету керек. Егер газ қысымы әлі де өлшеу қысымы болса, оны алдымен абсолютті қысымға өзгертіңіз. Абсолютті қысым = атмосфералық қысым + өлшеу қысымы. Егер белгілі атмосфералық қысым болса (өлшеу қысымы жоқ), есепті шешіңіз.
1-сұрақ:
Атмосфералық қысымда (101 кПа) көмірқышқыл газының температурасы = 20 o C, ал көлемі = 2 литр болады. Егер қысым 201 кПа-ға дейін түрлендірілсе және температура 40 °C-қа дейін көтерілсе, көмірқышқыл газының соңғы көлемін есептеңіз.
шешім
P1 = 101 кПа
P2 = 201 кПа
T1 = 20 ° C + 273 K = 293 K
T2 = 40 ° C + 273 K = 313 K
V 1 = 2 литр
2-сұрақ:
STP-дегі 2 моль газдың көлемін анықтаңыз (бұл газ идеалды газ болып табылады)
шешім
3-сұрақ:
STP кезіндегі оттегі газының көлемі = 20 м 3. Оттегі газының массасын есептеңіз.
шешім
STP кезіндегі 1 моль газдың көлемі = 22.4 литр = 22.4 дм³ = 22.4 x 10 -3 м³ (22.4 x 10 -3 м³ / моль )
STP-дегі оттегі газының көлемі = 20 м 3
Оттегі молекулаларының массасы = 32 грамм/моль (1 моль оттегінің массасы = 32 грамм). Осылайша, оттегі газының массасы:
масса (м) = моль саны (н) x молекулалық масса
масса = (893 моль) x (32 грамм / моль) = 28576 грамм = 28.576 кг
4-сұрақ:
Бакта 4 литр оттегі (O2) бар . Оттегі температурасы = 20 ° C, ал өлшенген қысым = 20 x 105 Н /м2 . Оттегінің массасын анықтаңыз ( Оттегінің молекулалық массасы = 32 кг/кмоль = 32 грамм/моль).
шешім
P = P атм + өлшенген P = (1 x 10 5 Н/м2 ) + (20 x 10 5 Н/м2 ) = 21 x 10 5 Н/ м2
T = 20 ° C + 273 = 293 K
V = 4 литр = 4 дм³ = 4 x 10 -3 м³
R = 8.315 Дж/моль К = 8.315 Нм/моль К
Оттегінің молекулалық массасы = 32 кг/кмоль = 32 грамм/моль
O2 массасы?
ИДЕАЛЬ ГАЗ ЗАҢЫ (Молекулалар саны бойынша)
Егер заттың мөлшерін масса (m) түрінде емес, моль санымен (n) көрсетсек, онда әмбебап газ тұрақтысы (R) барлық газдарға қатысты. Оны алғаш рет итальян ғалымы Амадео Авогадро (1776-1856) ашқан.
Авогадро әрбір газдың көлемі, қысымы және температурасы тең болғанда, әрбір газдың молекулалар саны бірдей болады деген.
Авогадро гипотезасы R тұрақтысының барлық газдар үшін бірдей екендігіне сәйкес келеді. Міне, кейбір дәлелдер:
Біріншіден, егер есепті идеал газ заңының теңдеуін (PV = nRT) пайдаланып шешсек, моль саны (n) тең болғанда,
қысым мен температура да ұқсас болса, егер біз әмбебап газ тұрақтыларын қолдансақ, барлық газдардың көлемі бірдей болады (R = 8.315 Дж / моль. К). STP-де моль саны бірдей (n) кез келген газдың көлемі бірдей болады. STP-дегі 1 моль газдың көлемі = 22.4 литр. 2 моль газдың көлемі = 44.8 литр. 3 моль газдың көлемі = 67.2 литр. Және тағы басқалар. Бұл барлық газдарға қатысты.
Екіншіден, 1 мольдегі молекулалар саны барлық газдар үшін бірдей. 1 мольдегі молекулалар саны = бір мольдегі молекулалар саны = Авогадро саны (NA). Сонымен, Авогадро саны барлық газдар үшін бірдей.
Өлшеу арқылы алынған Авогадро саны:
NA = 6.02 x 1023 молекула/моль
Молекулалардың жалпы санын (N) алу үшін, бір мольдегі молекулалар санын (N₂A ) мольдер санына (n) көбейтіңіз.
Молекулалардың жалпы саны (N) = бір мольдегі молекулалар саны (N A ) x моль саны (n)
P = Қысым, V = Көлем, N = Молекулалардың жалпы саны, k = Больцман тұрақтысы (k = 1.38 x 10-23 Дж / К), T = Температура
Көлем бірліктері
1 литр (л) = 1000 миллилитр (мл) = 1000 текше сантиметр ( см³ )
1 литр (л) = 1 текше дециметр (дм³ ) = 1 x 10 -3 м³
Қысым бірліктері
1 Н/м2 = 1 Па
1 атм = 1.013 x 10 5 Н/м 2 = 1.013 x 10 5 Па = 1.013 x 10 2 кПа = 101.3 кПа (әдетте 101 кПа қолданылады)
Па = паскаль
атм = атмосфера
