Газ - это состояние материи без определенной формы или объема. газов имеют свое собственное уникальное поведение в зависимости от множества переменных, таких как температура, давление и объем. Хотя каждый газ различен, все газы действуют в одинаковом веществе В этом учебном пособии освещены понятия и законы, относящиеся к химии газов.
Давление Мера количество силы на единицу площади. Давление газа - это величина силы, которую газ оказывает на поверхность в своем объеме. Газы с высоким давлением оказывают большее усилие, чем газ с низким давлением.
SI Единицей давления является паскаль (символ Па). Паскаль равен силе 1 ньютон на квадратный метр. Этот блок не очень полезен при работе с газами в реальных условиях, но это стандарт, который можно измерить и воспроизвести. Со временем появилось много других единиц давления, в основном связанных с газом, с которым мы наиболее знакомы: воздух. Проблема с воздухом, давление не постоянное. Давление воздуха зависит от высоты над уровнем моря и многих других факторов. Многие единицы измерения давления изначально были основаны на среднем давлении воздуха на уровне моря, но стали стандартизированными.
Температура - это свойство вещества, связанное с количеством энергии составляющих частиц.
Несколько шкал температуры были разработаны для измерения этого количества энергии, но стандартная шкала СИ является Температурная шкала Кельвина. Двумя другими распространенными шкалами температуры являются шкалы Фаренгейта (° F) и Цельсия (° C).
Шкала Кельвина является шкалой абсолютной температуры и используется почти во всех расчетах по газу. При работе с газом важно конвертировать показания температуры к Кельвину.
Формулы преобразования между температурными шкалами:
К = ° С + 273,15
° C = 5/9 (° F - 32)
° F = 9/5 ° C + 32
STP означает стандартная температура и давление. Это относится к условиям при давлении 1 атмосфера при 273 К (0 ° С). STP обычно используется в расчетах, связанных с плотностью газов или в других случаях, связанных с стандартные государственные условия.
На STP моль идеального газа будет занимать 22,4 л.
Закон Далтона утверждает, что общее давление смеси газов равно сумме всех отдельных давлений только составляющих газов.
побщее количество = PГаз 1 + PГаз 2 + PГаз 3 + ...
Индивидуальное давление компонента газа известно как парциальное давление газа. Парциальное давление рассчитывается по формуле
пя = Хяпобщее количество
где
пя = парциальное давление отдельного газа
побщее количество = общее давление
Икся = мольная доля отдельного газа
Мольная доля, Хя, рассчитывается путем деления числа молей отдельного газа на общее число молей смешанного газа.
Закон Авогадро утверждает, что объем газа прямо пропорционален количество родинок газа, когда давление и температура остаются постоянными. В основном: газ имеет объем. Добавьте больше газа, газ займет больше объема, если давление и температура не изменятся.
V = кн
где
V = объем k = постоянная n = количество молей
Закон Авогадро также может быть выражен как
Вя/ пя = Vе/ пе
где
Вя и Vе начальные и конечные объемы
Nя и не начальное и конечное число родинок
Закон Бойля о газе утверждает, что объем газа обратно пропорционален давлению, когда температура поддерживается постоянной.
P = k / V
где
P = давление
k = постоянная
V = объем
Закон Бойля также может быть выражен как
пяВя = PеВе
где Пя и Pе начальное и конечное давление Vя и Vе начальное и конечное давление
При увеличении объема давление уменьшается или при уменьшении объема давление увеличивается.
Газовый закон Чарльза утверждает, что объем газа пропорционален его абсолютной температуре, когда давление поддерживается постоянным.
V = кТ
где
V = объем
k = постоянная
Т = абсолютная температура
Закон Чарльза также может быть выражен как
Вя/ Тя = Vе/ Тя
где Vя и Vе начальные и конечные тома
Tя и те начальная и конечная абсолютные температуры
Если давление поддерживается постоянным, а температура увеличивается, объем газа будет увеличиваться. По мере охлаждения газа объем будет уменьшаться.
пареньЗакон о газе Люссака утверждает, что давление газа пропорционально его абсолютной температуре, когда объем поддерживается постоянным.
P = кТ
где
P = давление
k = постоянная
Т = абсолютная температура
Закон Ги-Люссака также может быть выражен как
пя/ Тя = Pе/ Тя
где Пя и Pе начальное и конечное давление
Tя и те начальная и конечная абсолютные температуры
Если температура увеличивается, давление газа будет увеличиваться, если объем поддерживается постоянным. По мере охлаждения газа давление будет снижаться.
Закон идеального газа, также известный как закон комбинированного газаявляется комбинацией всех переменные в предыдущих газовых законах. закон идеального газа выражается формулой
PV = nRT
где
P = давление
V = объем
n = количество молей газа
R = постоянная идеального газа
Т = абсолютная температура
Значение R зависит от единиц давления, объема и температуры.
R = 0,0821 л · атм / моль · K (P = атм, V = L и T = K)
R = 8,3145 Дж / моль · К (Давление х Объем - энергия, Т = К)
R = 8,2057 м3· Атм / моль · K (P = атм, V = кубический метр и T = K)
R = 62,3637 л · Торр / моль · K или L · мм рт.ст. / моль · K (P = торр или мм рт.ст., V = L и T = K)
Закон идеального газа хорошо работает для газов в нормальных условиях. Неблагоприятные условия включают высокое давление и очень низкие температуры.
Закон идеального газа является хорошим приближением к поведению реальных газов. Значения, предсказанные законом идеального газа, обычно находятся в пределах 5% от измеренных значений реального мира. Закон идеального газа нарушается, когда давление газа очень высокое или температура очень низкая. Уравнение Ван-дер-Ваальса содержит две модификации закона идеального газа и используется для более точного прогнозирования поведения реальных газов.
Уравнение Ван-дер-Ваальса
(P + an2/ V,2) (V - nb) = nRT
где
P = давление
V = объем
a = постоянная коррекции давления, уникальная для газа
b = постоянная коррекции объема, уникальная для газа
n = количество молей газа
Т = абсолютная температура
Уравнение Ван-дер-Ваальса включает поправку на давление и объем, чтобы учесть взаимодействия между молекулами. В отличие от идеальных газов, отдельные частицы реального газа взаимодействуют друг с другом и имеют определенный объем. Поскольку каждый газ отличается, каждый газ имеет свои собственные поправки или значения для a и b в уравнении Ван-дер-Ваальса.