Zákon o ideálnych plynových vzorec a jednotky, aplikácie, príklady

Ten Zákon o ideálnych plynoch Je to štátna rovnica, ktorá popisuje vzťah medzi štátnymi funkciami spojenými s ideálnym plynom; ako je teplota, tlak, objem a móly. Tento zákon umožňuje študovať skutočné plynné systémy, ktoré ich porovnávajú s ich idealizovanými verziami.

Ideálny plyn je teoretický plyn zložený zo špecifických alebo sférických častíc, ktoré sa pohybujú náhodne; S veľkou kinetickou energiou, kde jedinou interakciou medzi nimi sú úplne elastické zrážky. Okrem toho dodržiavajú zákon o ideálnom plyne.

Zákon o ideálnom plyne umožňuje štúdium a porozumenie mnohým skutočným plynným systémom. Zdroj: pxhere.

Pri štandardnom tlaku a teplote (STP): 1 atm tlaku a teplota 0 ° C sa väčšina skutočných plynov správa kvalitatívne ako ideálne plyny; za predpokladu, že ich hustota je nízka. Tieto prístupy uľahčujú veľké intermolekulárne alebo interatomické vzdialenosti (pre ušľachtilé plyny).

V podmienkach STP kyslík, dusík, vodík, ušľachtilé plyny a niektoré zlúčeniny, ako je oxid uhličitý, sa správajú ako ideálny plyn.

Model ideálneho plynu má tendenciu zlyhať pri nízkych teplotách, vysokých tlakoch a vysokej hustote častíc; Keď sa stanú dôležitými intermolekulárnymi interakciami, ako aj veľkosť častíc.

Zákon o ideálnych plynoch je zložením troch zákonov o plynoch: zákon Boyle a Mariotte, zákon Charlesa a Gay-Lussaca a Avogadroov zákon.

[TOC]

Vzorec a jednotky

Zákon plynov je vyjadrený matematicky so vzorcom:

PV = NRT

Kde p je tlak vyvíjaný plynom. Zvyčajne sa vyjadruje s atmosférickou jednotkou (ATM), hoci sa dá vyjadriť v iných jednotkách: MMHG, Pascal, Bar atď.

Zväzok V, ktorý je obsadený plynom, sa zvyčajne vyjadruje jednotou liter (L). Zatiaľ čo n Je to počet krtkov, r univerzálna konštanta plynov a t teplota vyjadrená v kelvin (k).

Najpoužitejšia expresia v plynoch R je ekvivalent 0,08206 l · atm · k^-1· Mol^-1. Aj keď jednotka pre plynovú konštantu má hodnotu 8 3145 j · mol^-1· K^-1. Obidve sú platné, pokiaľ sú opatrné s jednotkami ostatných premenných (P, T a V).

Zákon o ideálnom plyne je kombináciou zákona Boyle-Maleotte, zákona Charles-Gay-Lussac a zákon Avogadra.

Boyle-Maleotte zákon

Zvýšený tlak na zníženie tlaku. Zdroj: Gabriel Bolívar

Bol formulovaný nezávisle fyzikom Robertom Boyle (1662) a fyzickým a botanici Edme Mariotte (1676). Zákon je uvedený takto: pri konštantnej teplote je objem pevnej hmotnosti plynu nepriamo úmerný tlaku, ktorý vyvíja.

Môže vám slúžiť: terpenos

PV ∝ K

Použitím dvoch bodov:

P₁Vložka₁ = P₂Vložka₂

Zákon Charles-Gay-Lussac

Čínske lucerny alebo želania. Zdroj: pxhere.

Zákon bol vydaný spoločnosťou Gay-Lussac v roku 1803, ale odvolával sa na dielo, ktoré nezverejnila Jacques Charles (1787). Z tohto dôvodu je zákon známy ako Charlesov zákon.

Zákon ustanovuje, že pri konštantnom tlaku existuje priamy pomer proporcionality medzi objemom obsadeným plynom a jeho teplotou.

V ∝ k₂Tón

Použitím dvoch bodov:

Vložka₁/T₁ = V₂/T₂

Vložka₁Tón₂ = V₂Tón₁

Avogadro zákon

Zákon uviedol Amadeo Avogadro v roku 1811, pričom poznamenal, že rovnaké objemy všetkých plynov pri rovnakom tlaku a teplote majú rovnaký počet molekúl.

Vložka₁/n₁ = V₂/n₂

Čo stanovuje zákon ideálnych plynov?

Prostredníctvom zákona o ideálnych plynoch sa vytvorí vzťah medzi štyrmi nezávislými fyzikálnymi vlastnosťami plynu: tlak, objem, teplota a množstvo plynu. Stačí poznať hodnotu troch z nich, aby sa získala hodnota zostávajúceho.

Zákon zakladá podmienky, ktoré naznačujú, kedy sa plyn správa ideálne a kedy sa pohybuje od tohto správania.

Napríklad tak -zavolaný kompresný faktor (PV/NRT) má hodnotu 1 pre ideálne plyny. Hodnota hodnoty 1 pre kompresný faktor naznačuje, že správanie sa plynu sa pohybuje od ideálneho plynu.

Preto by sa urobila chyba pri uplatňovaní rovnice ideálnych plynov na plyn, ktorý sa nepoverie podľa modelu.

Žiadosti

Výpočet hustoty a molárnej hmotnosti plynu

Rovnica ideálneho zákona o plyne sa môže použiť pri výpočte hustoty plynu a jeho molárnej hmoty. Pri jednoduchej modifikácii nájdete matematický výraz, ktorý súvisí s hustotou (d) plynu a jeho molárnej hmotnosti (M):

D = mp/rt

A zúčtovanie m:

M = DRT/P

Výpočet objemu plynu produkovaného v chemickej reakcii

Steichiometria je odvetvie chémie, ktorá súvisí s množstvom každého z reagencií prítomných s produktmi zapojenými do chemickej reakcie, zvyčajne exprimovaných v móloch.

Použitie rovnice ideálnych plynov umožňuje stanovenie objemu plynu vyrobeného v chemickej reakcii; Pretože z chemickej reakcie môžete získať počet krtkov. Potom je možné vypočítať objem plynu:

Môže vám slúžiť: sklenený ionomér: príprava, vlastnosti, typy, použitia

PV = NRT

V = nrt/p

Meranie V môže určiť výkon alebo pokrok uvedenej reakcie. Ak už neexistujú plyny, naznačuje to, že činidlá boli úplne vyčerpané.

Výpočet čiastočných tlakov plynov prítomných v zmesi

Zákon o ideálnych plynoch sa môže použiť spolu so zákonom o čiastočných tlakoch Daltonu na výpočet čiastočných tlakov rôznych plynov prítomných v plynovej zmesi.

Vzťah sa uplatňuje:

P = nrt/v

Nájsť tlak každého z plynov prítomných v zmesi.

Objem plynu zozbieraného vo vode

Vytvára sa reakcia, ktorá vytvára plyn, ktorý sa zhromažďuje experimentálnym návrhom vo vode. Celkový tlak plynu je známy plus tlak vodnej pary. Hodnota z druhej je možné získať v tabuľke a odčítaním sa môže vypočítať tlak plynu.

Z stechiometrie chemickej reakcie je možné získať počet mólov plynu a uplatňovať vzťah:

V = nrt/p

Vypočíta sa objem vyprodukovaného plynu.

Príklady výpočtov

Cvičenie 1

Plyn má hustotu 0,0847 g/l až 17 ° C a tlak 760 torr. Aká je tvoja molárna hmota? Aký je plyn?

Začneme z rovnice

M = DRT/P

Najprv prevedieme teplotné jednotky na Kelvin:

T = 17 ° C + 273,15 K = 290,15 K

A tlak 760 Torr zodpovedá tlaku 1 atm. Teraz potrebujete iba nahradiť hodnoty a vyriešiť:

M = (0,0847 g/l) (0,08206 l · atm · k^-1· Mol^-1) (290,15 k) / 1 bankomat

M = 2 016 g/mol

Táto molárna hmota môže zodpovedať jednému druhu: diatomická molekula vodíka, h₂.

Cvičenie 2

Hmotnosť 0,00553 g ortuti (HG) v plynnej fáze je v objeme 520 l a pri teplote 507 K. Vypočítajte tlak vyvíjaný pomocou HG. Molárna hmotnosť HG je 200,59 g/mol.

Problém sa vyrieši pomocou rovnice:

PV = NRT

Informácie o počte mólov HG sa neobjavujú; Ale možno ich získať pomocou svojej molárnej hmoty:

Móly Hg = (0,00553 g Hg) (1 mol Hg/200,59 g)

Môže vám slúžiť: kyslík: vlastnosti, štruktúra, riziká, použitie

= 2 757 · 10^-5 Móla

Teraz musíme vyčistiť P a nahradiť hodnoty:

P = nrt/v

= (2 757 · 10^-5 móly) (8,206,10^-2 L · atm · k^-1· Mol^-1) (507 K)/ 520 l

= 2,2 · 10^-6 Bankomat

Cvičenie 3

Vypočítajte tlak generovaný kyselinou chlorovodíkovou produkovanou reakciou 4,8 g plynného chlóru (Cl₂) s vodíkovým plynom (h₂), V objeme 5,25 l a pri teplote 310 K. Molárna hmotnosť CL₂ je 70,9 g/mol.

H_{2 g)}  +  Cl_{2 g)} → 2 HCI_g)

Problém sa vyrieši pomocou rovnice ideálnych plynov. Ale množstvo HCL je vyjadrené v gramoch a nie v móloch, takže sa vykonáva náležitá transformácia.

Móly HCl = (4,8 g Cl₂) (1 mol Cl₂/70,9 g Cl₂) (2 mol HCl/1mol Cl₂)

= 0,135 mólov HCl

Uplatňovanie rovnice zákona o ideálnych plynoch:

PV = NRT

P = nrt/v

= (0,135 mólov HCl) (0,08206 l · atm · k^-1· Mol^-1) (310 k) / 5,25 l

= 0,65 bankomat

Cvičenie 4

Vzorka 0,130 g plynnej zlúčeniny zaberá objem 140 ml pri teplote 70 ° C a pri tlaku 720 torr. Aká je tvoja molárna hmota?

Na použitie ideálnej rovnice plynu musí najprv urobiť niekoľko zmien:

V = (140 ml) (1 l/1000 ml)

= 0,14 l

Ak máte objem v litroch, teraz musíte vyjadriť teplotu v Kelvin:

T = 70 ° C + 273,15 K = 243,15 K

A nakoniec musíme zmeniť tlak na atmosféru:

P = (720 torr) (1 atm/760 torr)

= 0,947 bankomat

Prvým krokom pri riešení problému je získať počet krtkov zo zlúčeniny. Na tento účel sa používa rovnica ideálnych plynov a vyčistili sme sa n:

PV = NRT

N = pv / rt

= (0,947 atm) (0,14 l) / (0,08206 l · atm · k^-1· Mol^-1) (243,15 k)

= 0,067 mólov

Je potrebné iba vypočítať molárne cesto rozdelením gramov medzi získané móly:

Molárna hmotnosť = gramy zlúčeniny / počtu mólov.

= 0,130 g / 0,067 mol

= 19,49 g/mol

Odkazy

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chémia. (8. vydanie.). Učenie sa.
2. Irán. Levine. (2014). Princípy fyzikálneho spôsobu. Šieste vydanie. MC Graw Hill.
3. Glasstón. (1970). Zmluva o fyzickej chémii. Druhé vydanie. Ohromný.
4. Mathews, C. Klimatizovať., Van Holde, K. A., A Ahern, K. G. (2002). Biochémia. 3^bol Vydanie. Pearson Addison Wesley Editorial.
5. Wikipedia. (2019). Ideálny plyn. Zdroj: In.Wikipedia.orgán
6. Redakčný tím. (2018). Boyle Law alebo Boyle-Maleotte Law Plynové zákony. Získané z: iquimicas.com
7. Jessie a. Kľúč. (s.F.). Ideálny zákon o plyne a podložky. Zdroj: OpenTextBC.Ac