Il-liġijiet tal-gass ta' Boyle, Charles u Gay-Lussac ma japplikawx għall-kundizzjonijiet kollha tal-gass, għalhekk l-analiżi tagħna ssir aktar diffiċli. Għalhekk, ippreżentajna l-mudell tal-gass ideali. Il-gass ideali ma jeżistix fil-ħajja ta' kuljum; il-gass ideali huwa l-forma perfetta biex tiffaċilita l-analiżi. L-eżistenza ta' dan il-kunċett ta' gass ideali tgħinna wkoll fir-reviżjoni tar-relazzjoni bejn it-tliet liġijiet tal-gass.
Ir-relazzjoni bejn it-temperatura, il-volum, u l-pressjoni tal-gass
Billi nirreferu għat-tliet liġijiet tal-gass ta' hawn fuq, nistgħu niksbu relazzjoni aktar ġenerali bejn it-temperatura, il-volum, u l-pressjoni tal-gass.
P1 = pressjoni inizjali (Pa jew N/m2 ) , P2 = pressjoni finali (Pa jew N/m2 ) , V1 = volum inizjali (m3 ) , V2 = volum finali (m3 ) , T1 = temperatura inizjali (K), T2 = temperatura tat-tmiem (K)
(Pa = pascal, N = Newton, m² = metru kwadru, m³ = metru kubu, K = Kelvin)
Ir-relazzjoni bejn il-massa tal-gass (m) u l-volum (V)
Iktar ma titpoġġa arja fil-bużżieqa tal-gomma, iktar ikun minfuħ il-bużżieqa. Fi kliem ieħor, iktar ma tkun kbira l-massa tal-gass, iktar ikun kbir il-volum tal-bużżieqa. Nistgħu ngħidu li l-massa tal-gass (m) hija direttament proporzjonali għall-volum tal-gass (V).
Numru ta' moli (n)
Mol 1 = massa ta' sustanza ugwali għall-massa molekulari tas-sustanza. Il-massa u l-massa tal-ossiġnu molekulari huma differenti.
Eżempju 1, il-massa molekulari tal-ossiġnu (O2 ) = 16u + 16u = 32u (kull molekula tal-ossiġnu fiha 2 atomi tal-ossiġnu, fejn kull atomu tal-ossiġnu għandu massa ta' 16u). Għalhekk, mol 1 ta' O2 għandha massa ta' 32 gramma. Jew il-massa molekulari ta' O2 = 32 gramma / mol = 32 kg/kmol.
Eżempju 2, il-massa molekulari tal-gass monossidu tal-karbonju (CO) = 12 u + 16 u = 28 u (kull molekula ta' monossidu tal-karbonju fiha atomu wieħed tal-karbonju (C) u atomu wieħed tal-ossiġnu (O). Massa ta' atomu wieħed tal-karbonju = 12 u u massa ta' atomu wieħed tal-ossiġnu = 16 u. 12 u + 16 u = 28 u). Għalhekk, mole waħda ta' CO għandha massa ta' 28 gramma. Jew il-massa molekulari ta' CO = 28 gramma/mol = 28 kg/kmol.
Eżempju 3, il-massa molekulari tal-gass tad-dijossidu tal-karbonju (CO2) = [12 u + (2 x 16 u)] = [12 u + 32 u] = 44 u (kull molekula tad-dijossidu tal-karbonju fiha atomu wieħed tal-karbonju (C) u żewġ atomi tal-ossiġnu (O). Il-massa ta' atomu wieħed tal-karbonju = 12 u u l-massa ta' atomu wieħed tal-ossiġnu = 16 u). Għalhekk, molekula waħda ta' CO2 għandha massa ta' 44 gramma. Jew il-massa molekulari tas-CO2 = 44 gramma/mol = 44 kg/kmol.
In-numru ta' moli (n) ta' sustanza = il-proporzjon tal-massa tas-sustanza għall-massa molekulari tagħha. Matematikament:
Mistoqsija 1:
Ikkalkula n-numru ta' moli f'64 g ta' O2
Massa ta' O2 = 64 gramma
Il-massa molekulari ta' O2 = 32 gramma/mol
Mistoqsija 2:
Ikkalkula n-numru ta' moli f'280 gramma ta' CO2
Massa tas-CO = 280 gramma
Il-massa molekulari tas-CO = 28 gramma/mol
Mistoqsija 3:
Ikkalkula n-numru ta' moli f'176 gramma ta' CO2
Massa tas -CO2 = 176 gramma
Il-massa molekulari tas-CO2 = 44 gramma/mol
Kostanti universali tal-gass (R)
Abbażi ta' riċerka mix-xjentisti, instab li jekk in-numru ta' moli (n) jintuża biex jesprimi d-daqs ta' sustanza, allura l-kostanti ta' tqabbil għal kull gass għandha l-istess valur. Il-kostanti korrispondenti hija l-kostanti universali tal-gass (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 = litru, atm = atmosfera, cal = kalorija)
LIĠI TAL-GASS IDEALI (fin-numru ta' moli)
It-tqabbil ta' hawn fuq jista' jiġi kkonvertit f'ekwazzjonijiet billi jiddaħħal in-numru ta' moli (n) u l-kostanti universali tal-gass (R).
PV = n RT
Din l-ekwazzjoni tissejjaħ il-liġi tal-gass ideali jew l-ekwazzjoni tal-istat ideali tal-gass.
P = pressjoni tal-gass (N/ m² )
V = volum ta' gass ( m3 )
n = numru ta' moli (mole)
R = kostanti universali tal-gass (R = 8.315 J/mol. K)
T = temperatura assoluta tal-gass (K)
Fis-soluzzjoni tal-problema, issib it-terminu STP. STP hija t-Temperatura u l-Pressjoni Standard.
Temperatura standard (T) = 0 ° C = 273 K
Pressjoni standard (P) = 1 atm = 1.013 x 105 N / m2 = 1.013 x 102 kPa = 101 kPa
Fis-soluzzjoni ta' kwistjonijiet dwar il-liġi tal-gass, it-temperatura għandha tiġi espressa fl-iskala Kelvin (K). Jekk il-pressjoni tal-gass għadha pressjoni tal-kejl, l-ewwel ibdelha għal pressjoni assoluta. Pressjoni assoluta = pressjoni atmosferika + pressjoni tal-kejl. Jekk il-pressjoni magħrufa hija l-pressjoni atmosferika (l-ebda pressjoni tal-kejl), solvi l-problema.
Mistoqsija 1:
Fi pressjoni atmosferika (101 kPa), it-temperatura tal-gass tad-dijossidu tal-karbonju = 20 ° C u l-volum tiegħu = 2 litri. Jekk il-pressjoni tiġi kkonvertita għal 201 kPa u t-temperatura tiżdied għal 40°C, ikkalkula l-volum finali tal-gass tad-dijossidu tal-karbonju.
Soluzzjoni
P1 = 101 kPa
P2 = 201 kPa
T1 = 20 ° C + 273 K = 293 K
T2 = 40 ° C + 273 K = 313 K
V 1 = 2 litri
Mistoqsija 2:
Iddetermina l-volum ta' 2 moli ta' gass f'STP (dan il-gass huwa l-gass ideali)
Soluzzjoni
Mistoqsija 3:
Volum tal-gass ossiġnu f'STP = 20 m3 . Ikkalkula l-massa tal-gass ossiġnu.
Soluzzjoni
Volum ta' 1 mol ta' gass f'STP = 22.4 litri = 22.4 dm3 = 22.4 x 10-3 m3 ( 22.4 x 10-3 m3 / mol )
Volum ta' gass ossiġnu f'STP = 20 m3
Il-massa tal-molekuli tal-ossiġnu = 32 gramma / mol (massa ta' 1 mol ta' ossiġnu = 32 gramma). Għalhekk, il-massa tal-gass tal-ossiġnu hija:
massa (m) = numru ta' moli (n) x massa molekulari
massa = (893 mol) x (32 gramma / mol) = 28576 gramma = 28.576 kg
Mistoqsija 4:
Tank fih 4 litri ta' ossiġnu (O2 ) . It-temperatura tal-ossiġnu hija = 20 ° C u l-pressjoni mkejla hija = 20 x 105 N /m2 . Iddetermina l-massa tal-ossiġnu ( Massa molekulari tal -ossiġnu = 32 kg/kmol = 32 gramma/mol).
Soluzzjoni
P = P atm + P imkejjel = (1 x 10⁵ N /m² ) + (20 x 10⁵ N /m² ) = 21 x 10⁵ N / m²
T = 20 ° C + 273 = 293 K
V = 4 litri = 4 dm³ = 4 x 10⁻³ m³
R = 8.315 J/mol. K = 8.315 Nm/mol. K
Massa molekulari tal -ossiġnu = 32 kg/kmol = 32 gramma/mol
Massa ta ' O2?
LIĠI TAL-GASS IDEALI (Fl-għadd ta' molekuli)
Jekk niddikjaraw id-daqs tas-sustanza mhux fil-forma ta' massa (m), iżda fin-numru ta' moli (n), allura l-kostanti universali tal-gass (R) tapplika għall-gassijiet kollha. Ġiet skoperta għall-ewwel darba minn Amadeo Avogadro (1776-1856), xjenzat Taljan.
Avogadro qal li meta l-volum, il-pressjoni, u t-temperatura ta' kull gass ikunu ugwali, kull gass ikollu l-istess numru ta' molekuli.
L-ipoteżi ta' Avogadro tikkorrispondi għall-fatt li l-kostanti R hija l-istess għall-gassijiet kollha. Hawn huma xi provi:
L-ewwel, jekk insolvu l-problema billi nużaw l-ekwazzjoni tal-liġi tal-gass ideali (PV = nRT), insibu li meta n-numru ta' moli (n) ikun ugwali,
Jekk il-pressjoni u t-temperatura huma wkoll simili, allura l-volum tal-gassijiet kollha jkun l-istess jekk nużaw kostanti universali tal-gass R = 8.315 J / mol. K). Fl-STP, kwalunkwe gass li għandu l-istess numru ta' moli (n) ikollu l-istess volum. Volum ta' mol 1 ta' gass f'STP = 22.4 litri. Volum ta' 2 moli ta' gass = 44.8 litri. Volum ta' 3 moli ta' gass = 67.2 litri. U l-bqija. Dan japplika għall-gassijiet kollha.
It-tieni, in-numru ta' molekuli f'mol wieħed huwa l-istess għall-gassijiet kollha. In-numru ta' molekuli f'mol wieħed = in-numru ta' molekuli għal kull mol = in-numru ta' Avogadro (NA). Għalhekk, in-numru ta' Avogadro huwa l-istess għall-gassijiet kollha.
In-numru ta' Avogadro miksub permezz tal-kejl:
NA = 6.02 x 1023 molekuli / mol
Biex tikseb in-numru totali ta' molekuli (N), immultiplika n-numru ta' molekuli għal kull mol (N A ) bin-numru ta' moli (n).
Numru totali ta' molekuli (N) = numru ta' molekuli għal kull mol (N A ) x numru ta' moli (n)
P = Pressjoni, V = Volum, N = Numru totali ta' molekuli, k = Kostanti ta' Boltzmann (k = 1.38 x 10-23 J / K), T = Temperatura
Unitajiet tal-Volum
1 litru (L) = 1000 millilitru (mL) = 1000 ċentimetru kubu ( cm3 )
1 litru (L) = 1 deċimetru kubu (dm3 ) = 1 x 10-3 m3
Unitajiet ta 'Pressjoni
1 N/m² = 1 Pa
1 atm = 1.013 x 10 5 N/m² = 1.013 x 10 5 Pa = 1.013 x 10² kPa = 101.3 kPa (ġeneralment użat 101 kPa)
Pa = paskal
atm = atmosfera
