ZA gaz doskonały lub gaz doskonały Jest to taki, w którym przyciąganie molekularne lub siła odpychania między składającymi się na niego cząstkami jest uważana za nieistotną, dlatego cała jego energia wewnętrzna jest kinetyczna, czyli energia związana z ruchem.
W takim gazie cząsteczki są zwykle dość daleko od siebie, chociaż od czasu do czasu zderzają się ze sobą i ze ściankami pojemnika..
Z drugiej strony, w gazie idealnym ani rozmiar, ani masa cząstek nie mają znaczenia, ponieważ zakłada się, że zajmowana przez nie objętość jest bardzo mała w porównaniu z objętością samego gazu..
Jest to oczywiście tylko przybliżenie, ponieważ w rzeczywistości zawsze zachodzi pewien stopień interakcji między atomami i cząsteczkami. Wiemy również, że cząstki zajmują przestrzeń i mają masę..
Jednak te założenia sprawdzają się całkiem dobrze w wielu przypadkach, takich jak gazy o niskiej masie cząsteczkowej, w dobrym zakresie ciśnień i temperatur..
Jednak gazy o dużej masie cząsteczkowej, zwłaszcza w wysokich ciśnieniach lub w niskich temperaturach, nie zachowują się wcale jak gazy idealne i potrzebne są inne modele stworzone w celu ich dokładniejszego opisania..
Indeks artykułów
Prawa rządzące gazami są empiryczne, to znaczy powstały w wyniku eksperymentów. Najbardziej godne uwagi eksperymenty przeprowadzono w XVII, XVIII i na początku XIX wieku.
Pierwsze to Robert Boyle (1627-1691) i Edme Mariotte (1620-1684), którzy niezależnie zmodyfikowali Nacisk w gazie i odnotował jego zmianę Tom, stwierdzenie, że były one odwrotnie proporcjonalne: im wyższe ciśnienie, tym mniejsza objętość.
Ze swojej strony Jacques Charles (1746-1823) ustalił, że tom i temperatura wartości bezwzględne były wprost proporcjonalne, o ile ciśnienie pozostawało stałe.
Amadeo Avogadro (1776-1856) odkrył, że dwie identyczne objętości różnych gazów zawierały taką samą liczbę cząstek, o ile ciśnienie i temperatura były takie same. Wreszcie Joseph de Gay Lussac (1778-1850) stwierdził, że utrzymując stałą objętość, ciśnienie gazu jest wprost proporcjonalne do temperatury..
Te odkrycia wyrażają się w prostych formułach, wzywając p ciśnienie, V do objętości, n do liczby cząstek i T idealna temperatura gazu:
Dopóki temperatura jest stała, zachodzą następujące zjawiska:
p⋅V = stała
Gdy gaz jest pod stałym ciśnieniem:
V / T = stała
Utrzymując stałą objętość gazu zapewnia się, że:
p / T = stała
Te same objętości gazu, w tych samych warunkach ciśnienia i temperatury, mają taką samą liczbę cząstek. Dlatego możemy napisać:
V ∝ n
Gdzie n to liczba cząstek, a ∝ to symbol proporcjonalności.
Model gazu doskonałego opisuje taki gaz, że:
-Kiedy cząsteczki oddziałują, robią to przez bardzo krótki czas, za pomocą zderzeń sprężystych, w których zachowany jest pęd i energia kinetyczna..
-Jego cząstki składowe są punktualne, innymi słowy, ich średnica jest znacznie mniejsza niż średnia odległość, jaką pokonują między jednym zderzeniem a drugim..
-Siły międzycząsteczkowe nie istnieją.
-Energia kinetyczna jest proporcjonalna do temperatury.
Gazy jednoatomowe - których atomy nie są ze sobą związane - oraz o niskiej masie cząsteczkowej w standardowych warunkach ciśnienia i temperatury (ciśnienie atmosferyczne i temperatura 0ºC) zachowują się tak, że model gazu idealnego jest dla nich bardzo dobrym opisem..
Wymienione powyżej prawa dotyczące gazu łączą się, tworząc ogólne równanie, które reguluje zachowanie gazu doskonałego:
V ∝ n
V ∝ T
W związku z tym:
V ∝ n⋅T
Ponadto z prawa Boyle'a:
V = stała / p
Możemy więc stwierdzić, że:
V = (stała x n⋅T) / p
Stała nazywa się stała gazowa i jest oznaczony literą R.Przy tym wyborze równanie stanu gazu doskonałego wiąże cztery zmienne opisujące stan gazu, a mianowicie n, R, p i T, pozostawiając:
p⋅V = n⋅R⋅T
To stosunkowo proste równanie jest zgodne z prawami gazu doskonałego. Na przykład, jeśli temperatura jest stała, równanie sprowadza się do prawa Boyle-Mariotte'a.
Jak powiedzieliśmy wcześniej, w standardowych warunkach temperatury i ciśnienia, to znaczy przy 0ºC (273,15 K) i 1 atmosferze ciśnienia, zachowanie wielu gazów jest zbliżone do gazu doskonałego. W tych warunkach objętość 1 mola gazu wynosi 22 414 l.
W tym wypadku:
R = (p⋅V) / (n⋅T) = (1 atm x 22,414 L) / (1 mol x 273,15 K) = 0,0821 atm ⋅ L / mol ⋅ K
Stałą gazową można również wyrazić w innych jednostkach, np. W SI International System warto:
R = 8,314 J⋅ mola-1⋅ K.-1
Podczas rozwiązywania problemu za pomocą prawa gazu doskonałego wygodnie jest zwrócić uwagę na jednostki, w których wyrażona jest stała, ponieważ jak widać, możliwości jest wiele.
Jak powiedzieliśmy, każdy gaz w standardowych warunkach ciśnienia i temperatury, który ma niską masę cząsteczkową, zachowuje się bardzo blisko gazu doskonałego. Dlatego równanie p⋅V = n⋅R⋅T ma zastosowanie do znalezienia związku między czterema zmiennymi, które go opisują: n, p, V i T.
W ten sposób możemy wyobrazić sobie porcję gazu doskonałego zamkniętą w pojemniku i utworzoną przez drobne cząsteczki, które od czasu do czasu zderzają się ze sobą i ze ściankami pojemnika, zawsze elastycznie..
Oto, co widzimy na poniższej animacji porcji helu, jednoatomowego gazu szlachetnego:
Gaz idealny jest gazem hipotetycznym, to znaczy jest idealizacją, jednak w praktyce wiele gazów zachowuje się bardzo blisko, dzięki czemu model p⋅V = n⋅R arroT daje bardzo dobre wyniki..
Przykładami gazów, które zachowują się idealnie w standardowych warunkach, są gazy szlachetne, a także gazy lekkie: wodór, tlen i azot..
Prawo Charlesa można zastosować do balonu na ogrzane powietrze z rysunku 1: gaz nagrzewa się, a zatem powietrze wypełniające balon rozszerza się, aw konsekwencji unosi się.
Hel jest, obok wodoru, najpowszechniejszym pierwiastkiem we wszechświecie, a jednak na Ziemi występuje rzadko. Ponieważ jest to gaz szlachetny, w przeciwieństwie do wodoru jest obojętny, dlatego balony wypełnione helem znajdują szerokie zastosowanie jako element dekoracyjny..
Jeszcze bez komentarzy