Gāze ir matērijas stāvoklis, kam nav noteiktas formas vai tilpuma. Gāzes tiem ir sava unikālā izturēšanās atkarībā no dažādiem mainīgajiem lielumiem, piemēram, temperatūras, spiediena un tilpuma. Lai gan katra gāze ir atšķirīga, visas gāzes darbojas līdzīgā jautājumā. Šajā pētījumu rokasgrāmatā ir izcelti jēdzieni un likumi, kas attiecas uz gāzu ķīmiju.
Spiediens ir a mērs spēka daudzums uz laukuma vienību. Gāzes spiediens ir spēka daudzums, ko gāze pieliek virsmai tās tilpuma robežās. Gāzes ar augstu spiedienu rada lielāku spēku nekā gāzes ar zemu spiedienu.
SI spiediena vienība ir paskāla (simbols Pa). Paskāla ir vienāda ar spēku 1 ūtons uz kvadrātmetru. Šī vienība nav ļoti noderīga, strādājot ar gāzēm reālās pasaules apstākļos, taču to var izmērīt un reproducēt. Laika gaitā ir izveidojušies daudzi citi spiediena agregāti, kas galvenokārt nodarbojas ar gāzi, kuru mēs pazīstam vislabāk: gaisu. Problēma ar gaisu, spiediens nav nemainīgs. Gaisa spiediens ir atkarīgs no augstuma virs jūras līmeņa un daudziem citiem faktoriem. Daudzas spiediena vienības sākotnēji balstījās uz vidējo gaisa spiedienu jūras līmenī, taču tās ir kļuvušas standartizētas.
Temperatūra ir vielas īpašība, kas saistīta ar sastāvdaļu daļiņu enerģijas daudzumu.
Lai izmērītu šo enerģijas daudzumu, ir izstrādātas vairākas temperatūras skalas, bet SI standarta skala ir Kelvina temperatūras skala. Divas citas izplatītas temperatūras skalas ir Fārenheita (° F) un Celsija (° C) skalas.
Kelvina skala ir absolūta temperatūras skala un tiek izmantota gandrīz visos gāzes aprēķinos. Strādājot ar gāzes problēmām, ir svarīgi pārveidot temperatūras rādījumi uz Kelvinu.
Konversijas formulas starp temperatūras skalām:
K = ° C + 273,15
° C = 5/9 (° F - 32)
° F = 9/5 ° C + 32
STP nozīmē standarta temperatūra un spiediens. Tas attiecas uz apstākļiem vienā spiediena atmosfērā pie 273 K (0 ° C). STP parasti izmanto aprēķinos, kas saistīti ar gāzu blīvumu vai citos gadījumos, kas saistīti ar valsts standarta nosacījumi.
STP ideālas gāzes mols aizņems 22,4 L tilpumu.
Daltona likums norāda gāzu maisījuma kopējo spiedienu, kas ir vienāds ar visu atsevišķo gāzu sastāvdaļu spiedienu summu.
LppKopā = P1. gāze + P2. gāze + P3. gāze + ...
Ir zināms komponenta gāzes individuālais spiediens kā daļējs spiediens no gāzes. Daļēju spiedienu aprēķina pēc formulas
Lppi = XiLppKopā
kur
Lppi = atsevišķas gāzes daļējs spiediens
LppKopā = kopējais spiediens
Xi = atsevišķas gāzes mola daļa
Molu frakcija, Xi, aprēķina, dalot atsevišķās gāzes molu skaitu ar kopējo jauktās gāzes molu skaitu.
Avogadro likums norāda, ka gāzes tilpums ir tieši proporcionāls dzimumzīmju skaits gāzes spiediens un temperatūra nemainīgi. Būtībā: gāzei ir tilpums. Pievienojiet vairāk gāzes, gāze uzņem vairāk tilpuma, ja spiediens un temperatūra nemainās.
V = kn
kur
V = tilpums k = nemainīgs n = dzimumzīmju skaits
Avogadro likumu var izteikt arī šādi
Vi/ ni = Vf/ nf
kur
Vi un Vf ir sākotnējie un galīgie apjomi
ni un nf ir molu sākotnējais un galīgais skaits
Boile's gāzes likums norāda, ka gāzes tilpums ir apgriezti proporcionāls spiedienam, kad temperatūra tiek uzturēta nemainīga.
P = k / V
kur
P = spiediens
k = konstante
V = tilpums
Boile likumu var izteikt arī kā
LppiVi = PfVf
kur Pi un Pf ir sākotnējais un galīgais spiediens Vi un Vf ir sākotnējais un galīgais spiediens
Palielinoties tilpumam, spiediens samazinās vai, samazinoties tilpumam, spiediens palielināsies.
Kārļa gāzes likums norāda, ka gāzes tilpums ir proporcionāls tās absolūtajai temperatūrai, kad spiediens tiek uzturēts nemainīgs.
V = kT
kur
V = tilpums
k = konstante
T = absolūtā temperatūra
Kārļa likumu var izteikt arī šādi
Vi/ Ti = Vf/ Ti
kur Vi un Vf ir sākotnējie un pēdējie apjomi
Ti un Tf ir sākotnējā un beigu absolūtā temperatūra
Ja spiediens tiek uzturēts nemainīgs un temperatūra paaugstinās, palielināsies gāzes tilpums. Kad gāze atdziest, tilpums samazināsies.
Puisis-Lussakas gāzes likums norāda, ka gāzes spiediens ir proporcionāls tās absolūtajai temperatūrai, kad tilpums tiek uzturēts nemainīgs.
P = kT
kur
P = spiediens
k = konstante
T = absolūtā temperatūra
Gaja-Lussaka likumu var izteikt arī šādi
Lppi/ Ti = Pf/ Ti
kur Pi un Pf ir sākotnējais un galīgais spiediens
Ti un Tf ir sākotnējā un beigu absolūtā temperatūra
Ja temperatūra paaugstinās, gāzes spiediens palielināsies, ja tilpums tiek uzturēts nemainīgs. Kad gāze atdziest, spiediens samazinās.
Ideāls gāzes likums, zināms arī kā kombinētās gāzes likums, ir visu mainīgie iepriekšējos likumos par gāzi. ideālas gāzes likums izsaka ar formulu
PV = nRT
kur
P = spiediens
V = tilpums
n = gāzes molu skaits
R = ideāla gāzes konstante
T = absolūtā temperatūra
R vērtība ir atkarīga no spiediena, tilpuma un temperatūras vienībām.
R = 0,0821 litrs · atm / mol · K (P = atm, V = L un T = K)
R = 8,3145 J / mol · K (spiediens x tilpums ir enerģija, T = K)
R = 8,2057 m3· Atm / mol · K (P = atm, V = kubikmetri un T = K)
R = 62,3637 L · Torr / mol · K vai L · mmHg / mol · K (P = torr vai mmHg, V = L un T = K)
Ideāls gāzes likums labi darbojas ar gāzēm normālos apstākļos. Nelabvēlīgi apstākļi ir augsts spiediens un ļoti zema temperatūra.
Ideāls gāzes likums ir labs tuvinājums reālo gāzu uzvedībai. Ideālā gāzes likumā paredzētās vērtības parasti ir 5% robežās no izmērītajām reālās pasaules vērtībām. Ideāls gāzes likums neizdodas, ja gāzes spiediens ir ļoti augsts vai temperatūra ir ļoti zema. Van der Waals vienādojumā ir divas ideālās gāzes likuma modifikācijas, un to izmanto, lai precīzāk paredzētu reālo gāzu izturēšanos.
Van der Waals vienādojums ir
(P + an2/ V2) (V - nb) = nRT
kur
P = spiediens
V = tilpums
a = spiediena korekcijas konstante, kas raksturīga tikai gāzei
b = tilpuma korekcijas konstante, kas raksturīga tikai gāzei
n = gāzes molu skaits
T = absolūtā temperatūra
Van der Waals vienādojums ietver spiediena un tilpuma korekciju, lai ņemtu vērā molekulu mijiedarbību. Atšķirībā no ideālām gāzēm, reālas gāzes atsevišķām daļiņām ir savstarpējā mijiedarbība un tām ir noteikts tilpums. Tā kā katra gāze ir atšķirīga, katrai gāzei ir savas korekcijas vai vērtības a un b Van der Waals vienādojumā.