Ligjet e gazeve të Boyle, Charles dhe Gay-Lussac nuk zbatohen për të gjitha kushtet e gazit, kështu që analiza jonë bëhet më e vështirë. Prandaj, paraqitet modeli i gazit ideal. Gazi ideal nuk ekziston në jetën e përditshme; gazi ideal është forma e vetme e përsosur për të lehtësuar analizën. Ekzistenca e këtij koncepti të gazit ideal na ndihmon gjithashtu shumë në shqyrtimin e marrëdhënies midis tre ligjeve të gazit.
Marrëdhënia midis temperaturës, vëllimit dhe presionit të gazit
Duke iu referuar tre ligjeve të gazeve të mësipërme, mund të nxjerrim një marrëdhënie më të përgjithshme midis temperaturës, vëllimit dhe presionit të gazit.
P1 = presioni fillestar (Pa ose N/m2 ) , P2 = presioni përfundimtar (Pa ose N/m2 ) , V1 = vëllimi fillestar (m3 ) , V2 = vëllimi përfundimtar (m3 ) , T1 = temperatura fillestare (K), T2 = temperatura përfundimtare (K)
(Pa = paskal, N = Njuton, m2 = metër katror, m3 = metër kub, K = Kelvin)
Marrëdhënia midis masës së gazit (m) dhe vëllimit (V)
Sa më shumë ajër të futet në tullumbacen e gomës, aq më i fryrë është tullumbaceja. Me fjalë të tjera, sa më e madhe të jetë masa e gazit, aq më i madh është vëllimi i tullumbacesë. Mund të themi se masa e gazit (m) është drejtpërdrejt proporcionale me vëllimin e gazit (V).
Numri i moleve (n)
1 mol = masa e një substance e barabartë me masën molekulare të substancës. Masa dhe masa molekulare e oksigjenit janë të ndryshme.
Shembulli 1, masa molekulare e oksigjenit (O2 ) = 16 u + 16 u = 32 u (çdo molekulë oksigjeni përmban 2 atome oksigjeni, ku çdo atom oksigjeni ka masë 16 u). Kështu, 1 mol O2 ka një masë prej 32 gramësh. Ose masa molekulare e O2 = 32 gram / mol = 32 kg/kmol.
Shembulli 2, masa molekulare e gazit të monoksidit të karbonit (CO) = 12 u + 16 u = 28 u (çdo molekulë e monoksidit të karbonit përmban 1 atom karboni (C) dhe 1 atom oksigjeni (O). Masa e 1 atomi karboni = 12 u dhe masa e 1 atomi oksigjeni = 16 u. 12 u + 16 u = 28 u). Kështu, 1 mol CO ka një masë prej 28 gramësh. Ose masa molekulare e CO = 28 gram/mol = 28 kg/kmol.
Shembulli 3, masa molekulare e gazit të dioksidit të karbonit (CO2) = [12 u + (2 x 16 u)] = [12 u + 32 u] = 44 u (çdo molekulë dioksidi karboni përmban 1 atom karboni (C) dhe 2 atome oksigjeni (O). Masa e 1 atomi karboni = 12 u dhe masa e 1 atomi oksigjeni = 16 u). Kështu, 1 mol CO2 ka një masë prej 44 gramësh. Ose masa molekulare e CO2 = 44 gram/mol = 44 kg/kmol.
Numri i moleve (n) i një substance = raporti i masës së substancës me masën e saj molekulare. Matematikisht:
Pyetje 1:
Llogaritni numrin e moleve në 64 g O2
Masa e O2 = 64 gramë
Masa molekulare e O2 = 32 gram/mol
Pyetja 2:
Llogaritni numrin e moleve në 280 gramë CO2
Masa e CO2 = 280 gram
Masa molekulare e CO = 28 gram/mol
Pyetja 3:
Llogaritni numrin e moleve në 176 gramë CO2
Masa e CO2 = 176 gramë
Masa molekulare e CO2 = 44 gram/mol
Konstantet universale të gazit (R)
Bazuar në hulumtimet e shkencëtarëve, u zbulua se nëse numri i moleve (n) përdoret për të shprehur madhësinë e një substance, atëherë konstantja e krahasimit për secilin gaz ka të njëjtën vlerë. Konstantja përkatëse është konstantja universale e gazit (R).
R = 8.315 J/mol. K
= 8315 kJ / kmol. K
= 0.0821 (L.atm) / (mol. K)
= 1.99 kal / mol. K
(J = Xhaul, K = Kelvin, L = litër, atm = atmosferë, cal = kalori)
LIGJI I GAZIT IDEAL (në numrin e moleve)
Krahasimi i mësipërm mund të shndërrohet në ekuacione duke futur numrin e moleve (n) dhe konstantet universale të gazit (R).
PV = n RT
Ky ekuacion quhet ligji ideal i gazit ose ekuacioni ideal i gjendjes së gazit.
P = presioni i gazit (N/ m2 )
V = vëllimi i gazit ( m3 )
n = numri i moleve (mol)
R = konstantet universale të gazit (R = 8.315 J/mol. K)
T = temperatura absolute e gazit (K)
Gjatë zgjidhjes së problemit, do të gjeni termin STP. STP është Temperatura dhe Presioni Standard.
Temperatura standarde (T) = 0 o C = 273 K
Presioni standard (P) = 1 atm = 1.013 x 10 5 N / m 2 = 1.013 x 10 2 kPa = 101 kPa
Në zgjidhjen e çështjeve të ligjit të gazeve, temperatura duhet të shprehet në shkallën Kelvin (K). Nëse presioni i gazit është ende një presion matës, ndryshojeni atë së pari në presion absolut. Presioni absolut = presioni atmosferik + presioni matës. Nëse i njohur është presioni atmosferik (pa presion matës), zgjidheni problemin.
Pyetja 1:
Në presionin atmosferik (101 kPa), temperatura e gazit dioksid karboni = 20 o C dhe vëllimi i tij = 2 litra. Nëse presioni konvertohet në 201 kPa dhe temperatura rritet në 40 °C, llogaritni vëllimin përfundimtar të gazit dioksid karboni.
Zgjidhje
P1 = 101 kPa
P2 = 201 kPa
T1 = 20 ° C + 273 K = 293 K
T2 = 40 ° C + 273 K = 313 K
V 1 = 2 litra
Pyetja 2:
Përcaktoni vëllimin e 2 moleve të gazit në STP (ky gaz është gazi ideal)
Zgjidhje
Pyetja 3:
Vëllimi i oksigjenit të gaztë në STP = 20 m 3. Llogaritni masën e oksigjenit të gaztë.
Zgjidhje
Vëllimi i 1 mol gazi në STP = 22.4 litra = 22.4 dm3 = 22.4 x 10-3 m3 (22.4 x 10-3 m3 / mol )
Vëllimi i gazit të oksigjenit në STP = 20 m 3
Masa e molekulave të oksigjenit = 32 gramë/mol (masa e 1 mol oksigjeni = 32 gramë). Kështu, masa e gazit të oksigjenit është:
masa (m) = numri i moleve (n) x masa molekulare
masa = (893 mol) x (32 gramë / mol) = 28576 gramë = 28.576 kg
Pyetja 4:
Një rezervuar përmban 4 litra oksigjen (O2 ) . Temperatura e oksigjenit është = 20 ° C dhe presioni i matur është = 20 x 105 N /m2 . Përcaktoni masën e oksigjenit ( Masa molekulare e oksigjenit = 32 kg/kmol = 32 gram/mol).
Zgjidhje
P = P atm + P i matur = (1 x 105 N /m2 ) + (20 x 105 N /m2 ) = 21 x 105 N / m2
T = 20 ° C + 273 = 293 K
V = 4 litra = 4 dm3 = 4 x 10 -3 m3
R = 8.315 J/mol. K = 8.315 Nm/mol. K
Masa molekulare e oksigjenit = 32 kg/kmol = 32 gram/mol
Masa e O2?
LIGJI I GAZIT IDEAL (Në numrin e molekulave)
Nëse madhësinë e substancës e shprehim jo në formën e masës (m), por në numrin e moleve (n), atëherë konstantja universale e gazit (R) vlen për të gjitha gazrat. Ajo u zbulua për herë të parë nga Amadeo Avogadro (1776-1856), një shkencëtar italian.
Avogadro tha se kur vëllimi, presioni dhe temperatura e secilit gaz janë të barabarta, secili gaz ka të njëjtin numër molekulash.
Hipoteza e Avogadros korrespondon me faktin se konstantja R është e njëjtë për të gjitha gazrat. Ja disa prova:
Së pari, nëse e zgjidhim problemin duke përdorur ekuacionin e ligjit të gazit ideal (PV = nRT), do të zbulojmë se kur numri i moleve (n) është i barabartë,
Nëse presioni dhe temperatura janë gjithashtu të ngjashme, atëherë vëllimi i të gjitha gazeve do të jetë i njëjtë nëse përdorim konstantet universale të gazit R = 8.315 J / mol. K). Në STP, çdo gaz që ka të njëjtin numër molesh (n) do të ketë të njëjtin vëllim. Vëllimi i 1 mol gazi në STP = 22.4 litra. Vëllimi i 2 moleve gaz = 44.8 litra. Vëllimi i 3 moleve gaz = 67.2 litra. E kështu me radhë. Kjo vlen për të gjitha gazrat.
Së dyti, numri i molekulave në 1 mol është i njëjtë për të gjitha gazrat. Numri i molekulave në 1 mol = numri i molekulave për mol = numri i Avogadros (NA). Pra, numri i Avogadros është i njëjtë për të gjitha gazrat.
Numri i Avogadros i përftuar me anë të matjes:
NA = 6.02 x 1023 molekula / mol
Për të marrë numrin total të molekulave (N), shumëzoni numrin e molekulave për mol (N A ) me numrin e moleve (n).
Numri total i molekulave (N) = numri i molekulave për mol (N A ) x numri i moleve (n)
P = Presioni, V = Vëllimi, N = Numri total i molekulave, k = Konstantja e Boltzmanit (k = 1.38 x 10-23 J / K), T = Temperatura
Njësitë e vëllimit
1 litër (L) = 1000 mililitra (mL) = 1000 centimetra kub ( cm3 )
1 litër ( L) = 1 decimetër kub (dm3 ) = 1 x 10-3 m3
Njësitë e presionit
1 N/m² = 1 Pa
1 atm = 1.013 x 10 5 N/m 2 = 1.013 x 10 5 Pa = 1.013 x 10 2 kPa = 101.3 kPa (zakonisht përdoret 101 kPa)
Pa = paskal
atm = atmosferë
