Sheria bora ya gesi

Sheria za gesi za Boyle, Charles law na Gay-Lussac hazitumiki kwa hali zote za gesi, kwa hivyo uchambuzi wetu unakuwa mgumu zaidi. Kwa hivyo, tuliwasilisha mfumo bora wa gesi. Gesi bora haipo katika maisha ya kila siku; gesi bora ndiyo fomu bora ya kuwezesha uchambuzi. Uwepo wa dhana hii bora ya gesi pia hutusaidia sana katika kupitia uhusiano kati ya sheria tatu za gesi.

Uhusiano kati ya halijoto, ujazo, na shinikizo la gesi

Kwa kurejelea sheria tatu za gesi hapo juu, tunaweza kupata uhusiano wa jumla zaidi kati ya halijoto, ujazo, na shinikizo la gesi.

P ₁ = shinikizo la awali (Pa au N/m ² ), P ₂ = shinikizo la mwisho (Pa au N/m ² ), V ₁ = ujazo wa awali (m ³ ), V ₂ = ujazo wa mwisho (m ³ ), T ₁ = joto la awali (K), T ₂ = joto la mwisho (K)

(Pa = pascal, N = Newton, m ² = mita ya mraba, m ³ = mita za ujazo, K = Kelvin)

Uhusiano kati ya uzito wa gesi (m) na ujazo (V)

Kadiri hewa inavyowekwa kwenye puto ya mpira, ndivyo puto inavyovimba zaidi. Kwa maneno mengine, kadiri uzito wa gesi unavyokuwa mkubwa, ndivyo ujazo wa puto unavyokuwa mkubwa zaidi. Tunaweza kusema kwamba uzito wa gesi (m) unalingana moja kwa moja na ujazo wa gesi (V).

Idadi ya moles (n)

Moli 1 = uzito wa dutu sawa na uzito wa molekuli wa dutu hii. Uzito na uzito wa oksijeni ya molekuli ni tofauti.

Mfano 1, uzito wa molekuli ya oksijeni (O2 ₎ = 16 u + 16 u = 32 u (kila molekuli ya oksijeni ina atomi 2 za oksijeni, ambapo kila atomi ya oksijeni ina uzito wa 16 u). Hivyo, molekuli 1 O2 _ina uzito wa gramu 32. Au uzito wa molekuli wa O2 ₌ gramu 32 / mol = kilo 32/kmol.

Mfano wa 2, uzito wa molekuli wa gesi ya kaboni monooksidi (CO) = 12 u + 16 u = 28 u (kila molekuli ya kaboni monooksidi ina atomi 1 ya kaboni (C) na atomi 1 ya oksijeni (O). Uzito wa atomi 1 ya kaboni = 12 u na uzito wa atomi 1 ya oksijeni = 16 u. 12 u + 16 u = 28 u). Hivyo, molekuli 1 ya CO ina uzito wa gramu 28. Au uzito wa molekuli wa CO = gramu 28/mol = kilo 28/kmol.

Mfano wa 3, uzito wa molekuli wa gesi ya kaboni dioksidi (CO2) = [12 u + (2 x 16 u)] = [12 u + 32 u] = 44 u (kila molekuli ya kaboni dioksidi ina atomi 1 ya kaboni (C) na atomi 2 za oksijeni (O). Uzito wa atomi 1 ya kaboni = 12 u na uzito wa atomi 1 ya oksijeni = 16 u). Hivyo, molekuli 1 ya CO2 _ina uzito wa gramu 44. Au uzito wa molekuli wa CO2 ₌ gramu 44/mol = kilo 44/kmol.

Idadi ya molekuli (n) ya dutu = uwiano wa wingi wa dutu kwa uzito wake wa molekuli. Kihisabati:

Swali 1:

Hesabu idadi ya moles katika 64 g ya _O2

_{Uzito wa} O2 = gramu 64

Uzito wa molekuli wa O2 ₌ gramu 32/moli

Swali la 2:

Hesabu idadi ya moles katika gramu 280 za CO2

Uzito wa CO = gramu 280

Uzito wa molekuli wa CO = gramu 28/mol

Swali la 3:

Hesabu idadi ya moles kwa gramu 176 za _CO2

_{Uzito wa} CO2 = gramu 176

Uzito wa molekuli wa CO2 ₌ gramu 44/moli

Vigezo vya gesi vya ulimwengu wote (R)

Kulingana na utafiti uliofanywa na wanasayansi, iligundulika kwamba ikiwa idadi ya moles (n) inatumika kuonyesha ukubwa wa dutu, basi kigezo cha kulinganisha kwa kila gesi kina thamani sawa. Kigezo kinacholingana ni kigezo cha gesi cha ulimwengu wote (R).

R = 8.315 J/mol. K

= 8315 kJ / kmol. K

= 0.0821 (Atm ya L) / (mol. K)

= 1.99 kalori / mol. K

(J = Joule, K = Kelvin, L = lita, atm = angahewa, kalori = kalori)

SHERIA BORA YA GESI (kwa idadi ya moles)

Ulinganisho hapo juu unaweza kubadilishwa kuwa milinganyo kwa kuingiza idadi ya moles (n) na vigeu vya gesi vya ulimwengu (R).

PV = n RT

Mlinganyo huu unaitwa sheria bora ya gesi au mlinganyo bora wa hali ya gesi.

P = shinikizo la gesi (N/ ^m2 )

V = ujazo wa gesi ( ^m3 )

n = idadi ya moles (mole)

R = vigeu vya gesi vya ulimwengu wote (R = 8.315 J/mol. K)

T = halijoto kamili ya gesi (K)

Katika kutatua tatizo, utapata neno STP. STP ni Joto na Shinikizo la Kawaida.

Halijoto ya kawaida (T) = 0 ^o C = 273 K

Shinikizo la kawaida (P) = 1 atm = 1.013 x 10 ⁵ N / m ² = 1.013 x 10 ² kPa = 101 kPa

Katika kutatua masuala ya sheria ya gesi, halijoto inapaswa kuonyeshwa katika kipimo cha Kelvin (K). Ikiwa shinikizo la gesi bado ni shinikizo la kupimia, libadilishe kwanza kuwa shinikizo kamili. Shinikizo kamili = shinikizo la angahewa + shinikizo la kupimia. Ikiwa kinachojulikana ni shinikizo la angahewa (bila shinikizo la kupimia), tatua tatizo.

Swali la 1:

Katika shinikizo la angahewa (101 kPa), halijoto ya gesi ya kaboni dioksidi = 20 ^o C na ujazo wake = lita 2. Ikiwa shinikizo litabadilishwa kuwa 201 kPa na halijoto itaongezeka hadi 40 °C, hesabu ujazo wa mwisho wa gesi ya kaboni dioksidi.

Suluhisho

P ₁ = 101 kPa

P ₂ = 201 kPa

T ₁ = 20 ^o C + 273 K = 293 K

T ₂ = 40 ^o C + 273 K = 313 K

V ₁ = lita 2

Swali la 2:

Tambua ujazo wa moles 2 za gesi kwenye STP (gesi hii ndiyo gesi bora)

Suluhisho

Swali la 3:

Kiasi cha gesi ya oksijeni katika STP = 20 m ^3. Hesabu uzito wa gesi ya oksijeni.

Suluhisho

Kiasi cha mole 1 ya gesi katika STP = lita 22.4 = 22.4 dm ³ = 22.4 x 10 ^-3 m ³ (22.4 x 10 ^-3 m ³ /mol)

Kiasi cha gesi ya oksijeni katika STP = 20 m ³

Uzito wa molekuli za oksijeni = gramu 32 / mol (uzito wa mole 1 ya oksijeni = gramu 32). Hivyo, uzito wa gesi ya oksijeni ni:

uzito (m) = idadi ya molekuli (n) x uzito wa molekuli

uzito = (893 mol) x (gramu 32 / mol) = gramu 28576 = kilo 28.576

Swali la 4:

Tangi lina lita 4 za oksijeni (O2 ₎ . Halijoto ya oksijeni ni = 20 ^oC na shinikizo lililopimwa ni = 20 x 10 ⁵ N/m2 ^. Tambua uzito wa oksijeni ( Uzito wa molekuli ya oksijeni = 32 kg/kmol = 32 gramu/mol).

Suluhisho

P = P atm + P kipimo = (1 x 10 ⁵ N/m ² ) + (20 x 10 ⁵ N/m ² ) = 21 x 10 ⁵ N/m ²

T = 20 ^o C + 273 = 293 K

V = lita 4 = 4 dm ³ = 4 x 10 ^-3 m ³

R = 8.315 J/mol. K = 8.315 Nm/mol. K

Uzito wa molekuli ya oksijeni = 32 kg/kmol = 32 gramu/mol

O ₂ uzito?

SHERIA BORA YA GESI (Katika idadi ya molekuli)

Tukitaja ukubwa wa dutu hii si katika umbo la uzito (m), bali katika idadi ya moles (n), basi kigezo cha gesi cha ulimwengu (R) kinatumika kwa gesi zote. Iligunduliwa kwa mara ya kwanza na Amadeo Avogadro (1776-1856), mwanasayansi wa Italia.

Avogadro alisema kwamba wakati ujazo, shinikizo, na halijoto ya kila gesi ni sawa, kila gesi ina idadi sawa ya molekuli.

Nadharia ya Avogadro inalingana na ukweli kwamba R isiyobadilika ni sawa kwa gesi zote. Hapa kuna baadhi ya uthibitisho:

Kwanza, tukitatua tatizo kwa kutumia mlinganyo bora wa sheria ya gesi (PV = nRT), tutagundua kwamba wakati idadi ya moles (n) ni sawa,

shinikizo na halijoto pia vinafanana, basi ujazo wa gesi zote utakuwa sawa tukitumia vigeu vya gesi vya ulimwengu R = 8.315 J / mol. K). Katika STP, gesi yoyote yenye idadi sawa ya moles (n) itakuwa na ujazo sawa. Kiasi cha mole 1 ya gesi katika STP = lita 22.4. Kiasi cha moles 2 za gesi = lita 44.8. Kiasi cha moles 3 za gesi = lita 67.2. Na kadhalika. Hii inatumika kwa gesi zote.

Pili, idadi ya molekuli katika molekuli 1 ni sawa kwa gesi zote. Idadi ya molekuli katika molekuli 1 = idadi ya molekuli kwa molekuli = Nambari ya Avogadro (NA). Kwa hivyo, nambari ya Avogadro ni sawa kwa gesi zote.

Nambari ya Avogadro iliyopatikana kupitia kipimo:

NA = 6.02 x 10 ²³ molekuli / mol

Ili kupata jumla ya idadi ya molekuli (N), zidisha idadi ya molekuli kwa kila molekuli (N ₎ kwa idadi ya molekuli (n).

Jumla ya idadi ya molekuli (N) = idadi ya molekuli kwa kila molekuli (N _A ) x idadi ya molekuli (n)

P = Shinikizo, V = Kiasi, N = Jumla ya idadi ya molekuli, k = Boltzmann constant (k = 1.38 x 10-23 J / K), T = Joto

Vitengo vya Kiasi

Lita 1 (L) = mililita 1000 (mL) = sentimita za ujazo 1000 (cm ³ )

Lita 1 (L) = desimita 1 ya ujazo (dm ³ ) = 1 x 10 ^-3 m ³

Vitengo vya Shinikizo

1 N/m ² = 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 (kawaida hutumika 101 kPa)

Pa = pascal

angahewa = angahewa