Ideálny plynový model, správanie, príklady

A Ideálny plyn ani Perfektný plyn Je to taká, v ktorej sa sila príťažlivosti alebo molekulárneho odporu považuje.

V takom plyne sú častice zvyčajne dosť ďaleko od seba, aj keď občas sa navzájom zrážajú a so stenami nádoby.

V ideálnom plyne sú častice mimo seba od seba

Na druhej strane, v ideálnom plyne, veľkosť alebo hmotnosť častíc nezáleží, pretože objem, ktorý obsadil, má byť veľmi malý v porovnaní s objemom samotného plynu.

Toto je, samozrejme, iba prístup, pretože v skutočnosti vždy existuje určitý stupeň interakcie medzi atómami a molekulami. Tiež vieme, že častice zaberajú priestor a majú hmotnosť.

Tieto predpoklady však v mnohých prípadoch fungujú celkom dobre, napríklad plyny s nízkou molekulovou hmotnosťou, v dobrom rozsahu tlakov a teplôt.

Plyny s vysokou molekulovou hmotnosťou, najmä pri vysokých tlakoch alebo nízkych teplotách, sa však vôbec nebudú správať ako ideálne plyny a potrebujú ďalšie modely vytvorené s cieľom ich opisovať s väčšou presnosťou.

[TOC]

Prvé experimenty

Zákony, ktoré riadia plyny, sú empirické, to znamená, že vznikli z experimentovania. Najvýznamnejšie experimenty sa uskutočnili v sedemnástom, osemnástom a začiatku devätnásteho storočia.

Prvými sú tí z Roberta Boyla (1627-1691) a Edme Mariotte (1620-1684), ktorí nezávisle upravili tlak v plyne a zaregistrovali ich zmenu zväzok, Zistenie, že boli nepriamo úmerné: pri väčšom tlaku, menší objem.

Robert Boyle

Pokiaľ ide o jeho časť, Jacques Charles (1746-1823) stanovil tento objem a teplota Absolútne boli priamo proporcionálne, pokiaľ tlak zostal konštantný.

Môže vám slúžiť: stacionárne vlny: vzorce, charakteristiky, typy, príklady

Amadeo Avogadro (1776-1856) zistil, že dva rovnaké objemy rôznych plynov obsahovali rovnaké množstvo častíc, pokiaľ tlak a teplota boli rovnaké. A nakoniec Joseph de Gay Lussac (1778-1850), uviedol, že udržiavaním objemu pevného objemu je tlak v plyne priamo úmerný teplote.

Zákony ideálnych plynov

Tieto objavy sú vyjadrené prostredníctvom jednoduchých vzorcov, volajú p tlak, Vložka objem, n na počet častíc a Tón Ideálna teplota plynu:

Boyle-Maleotte zákon

Za predpokladu, že je teplota pevná, nastane nasledujúce:

P zajtra

Charles zákon

Keď je plyn pod konštantným tlakom:

V / t = konštanta

Gay Lussac zákon

Udržiavanie plynu pri pevnom objeme je pravda, že:

P / T = konštanta

Avogadro zákon

Rovnaké objemy plynu, za rovnakých podmienok tlaku a teploty, majú rovnaký počet častíc. Preto môžeme napísať:

V ∝ n

Kde n je počet častíc a ∝ je symbolom proporcionality.

Model ideálneho plynu

Model ideálneho plynu opisuje plyn tak, že:

-Keď to častice interagujú na veľmi krátku dobu, prostredníctvom elastických zrážok, v ktorých sa zachováva impulz a kinetická energia.

-Jeho zložkové častice sú presné, inými slovami, jeho priemer je oveľa nižší ako priemerná vzdialenosť, ktorú cestujú medzi jednou a druhou kolíziou.

-Intermolekulárne sily neexistujú.

-Kinetická energia je úmerná teplote.

Monoatomické plyny - ktorých atómy nie sú navzájom spojené - a nízka molekulová hmotnosť, v štandardných podmienkach tlaku a teploty (atmosférický tlak a teplota 0 ° C), majú také správanie, že ideálny model plynu je veľmi dobrý opis pre nimi.

Môže vám slúžiť: Vy Canis Majoris: Objav, charakteristiky, štruktúra, školenie a vývoj

Ideálna rovnica stavu plynu

Zákony vyššie uvedených plynov sú kombinované tak, aby tvorili všeobecnú rovnicu, ktorá riadi ideálne správanie plynu:

V ∝ n

V ∝ t

Preto:

V ∝ N⋅t

Okrem toho Boyleov zákon:

V = konštanta / p

Potom to môžeme potvrdiť:

V = (konštanta x n⋅t) / p

Konštanta sa nazýva plynná konštanta A je označený písmenom R. S touto voľbou sa ideálny plynový rovnica týka štyroch premenných, ktoré opisujú stav plynu, konkrétne N, R, P a T, odchádza:

P zajtra

Táto relatívne jednoduchá rovnica je v súlade so zákonmi ideálnych plynov. Napríklad, ak je teplota konštantná, rovnica sa zníži na zákon Boyle-Maleotte.

Plynná konštanta

Ako sme už povedali, v štandardných podmienkach teploty a tlaku, to znamená pri 0 ° C (273.15 k) a 1 tlaková atmosféra je správanie mnohých plynov blízko ideálneho plynu. Za týchto podmienok je objem 1 mol plynu 22.414 L.

V tom prípade:

R = (p⋅v) / (N⋅t) = (1 atm x 22.414 l) / (1 mol x 273.15 k) = 0.0821 ATM ⋅ l /mol ⋅ k

Plynovacia konštanta je možné vyjadriť aj v iných jednotkách, napríklad v medzinárodnom systéme, ak stojí za to:

R = 8 314 j⋅ mol^-1⋅ K^-1

Ak sa problém vyrieši prostredníctvom zákona o ideálnych plynoch, je vhodné venovať pozornosť jednotkám, v ktorých je konštanta vyjadrená, pretože ako vidíme, existuje veľa možností.

Správanie ideálneho plynu

Ako sme už povedali, akýkoľvek plyn v štandardných tlakových a teplotných podmienkach s nízkou molekulovou hmotnosťou sa správa veľmi blízko k ideálnemu plynu. Preto je rovnica p zajtra = n⋅r⋅t použiteľná na nájdenie vzťahu medzi štyrmi premennými, ktoré ho opisujú: n, p, v a t.

Môže vám slúžiť: Heisenberg Atomic Model

Týmto spôsobom si dokážeme predstaviť ideálnu časť plynu zamknutú v nádobe a tvorená malými časticami, ktoré sa občas stretávajú medzi sebou a so stenami nádoby, vždy elasticky elasticky.

To je to, čo vidíme v nasledujúcej animácii héliovej časti, ušľachtilé a monoatomické plyn:

Hélium je ušľachtilý plyn, v animácii je časť atómov hélia zobrazená v nádobe. Červené slúžia na lepšie rozlíšenie pohybu. Zdroj: Wikimedia Commons.

Príklady ideálnych plynov

Ideálny plyn je hypotetický plyn, to znamená, že ide o idealizáciu, avšak v praxi sa mnohí plyny správajú veľmi blízko, čo umožňuje pre model P zajtra = Nood.

Šľachetné plyny

Príkladom plynov, ktoré sa za štandardných podmienok správajú ako ideály, sú ušľachtilé plyny, ako aj ľahké plyny: vodík, kyslík a dusík.

Aerostatický balón

Model ideálneho plynu vysvetľuje, ako horúci vzduchový balón. Zdroj: Wikimedia Commons.

Na aerostatický balón na obrázku 1 sa dá uplatniť podľa Charlesovho zákona: plyn je zahrievaný, a preto vzduch, ktorý vyplní zemeguľu, sa rozširuje a v dôsledku toho stúpa.

Héliové balóny

Hélium je spolu s vodíkom najbežnejším prvkom vo vesmíre, a napriek tomu je na Zemi vzácny. Ako šľachetný plyn je inertný, na rozdiel od vodíka, takže héliové balóny sa široko používajú ako dekoratívne prvky.

Odkazy

1. Atkins, str. 1999. Fyzikálna chémia. Vydanie omega.
2. Chang, R. 2013. Chémia. 11 VA. Vydanie. MC Graw Hill Education.
3. Cengel a. 2012. Termodynamika. 7. vydanie. McGraw Hill.
4. Cimbala, C. 2006. Mechanika tekutín, základov a aplikácií. MC. Graw Hill.
5. Giambattista, a. 2010. Fyzika. Druhý. Edimatizovať. McGraw Hill.