Lag om idealiska gaser Formel och enheter, applikationer, exempel

De Ideal Gases Law Det är en tillståndsekvation som beskriver en relation mellan tillståndsfunktionerna associerade med den ideala gasen; som temperatur, tryck, volym och mol. Denna lag gör det möjligt att studera verkliga gasformiga system som jämför dem med sina idealiserade versioner.

En idealisk gas är en teoretisk gas, sammansatt av specifika eller sfäriska partiklar som rör sig slumpmässigt; Med stor kinetisk energi, där den enda interaktionen mellan dem är helt elastiska sammanstötningar. Dessutom följer de den ideala gaslagen.

Den ideala gaslagen tillåter studie och förståelse för många riktiga gasformiga system. Källa: Pxhere.

Vid standardtryck och temperatur (STP): 1 atm tryck och en temperatur på 0 ºC uppför sig de flesta verkliga gaser kvalitativt som idealiska gaser; förutsatt att deras täthet är låga. Stora intermolekylära eller interatomiska avstånd (för ädla gaser) underlättar sådana tillvägagångssätt.

Under STP -förhållanden syre, kväve, väte, ädla gaser och vissa sammansatta gaser, såsom koldioxid, uppför sig som en idealisk gas.

Den ideala gasmodellen tenderar att misslyckas vid låga temperaturer, högt tryck och täthet med hög partikel; När intermolekylära interaktioner, liksom storleken på partiklarna, blir viktiga.

Ideal Gases Law är en sammansättning av tre gaslagar: lagen om Boyle och Mariotte, lagen om Charles och Gay-Lussac och Avogadros lag.

[TOC]

Formel och enheter

Gaslagen uttrycks matematiskt med formeln:

Pv = nrt

Där p är trycket som utövas av en gas. Det uttrycks vanligtvis med atmosfärenheten (ATM), även om den kan uttryckas i andra enheter: MMHG, PASCAL, BAR, etc.

Volym V ockuperat av gas uttrycks vanligtvis med liter enhetens enhet (L). Medan n Det är antalet mol, r den universella konstanten av gaser och t temperaturen som uttrycks i Kelvin (K).

Det mest använda uttrycket i R -gaser motsvarar 0,08206 l · atm · k^-1· Mol^-1. Även om enheten för gaskonstanten har ett värde av 8 3145 j · mol^-1· K^-1. Båda är giltiga så länge de är försiktiga med enheterna i de andra variablerna (P, T och V).

Ideal Gases Law är en kombination av Boyle-Maleottes lag, Charles-Gay-Lussacs lag och Avogadros lag.

Boyle-Maleotte Law

Ökat tryckminskningstryck. Källa: Gabriel Bolívar

Det formulerades oberoende av fysikern Robert Boyle (1662) och den fysiska och botanisten Edme Mariotte (1676). Lagen anges enligt följande: Vid en konstant temperatur är volymen av en fast massa av en gas omvänt proportionell mot det tryck som den utövar.

Kan tjäna dig: terpenos

PV ∝ K

Genom att använda två punkter:

P₁V₁ = P₂V₂

Charles-Gay-Lussac lag

Kinesiska lyktor eller önskemål. Källa: Pxhere.

Lagen publicerades av Gay-Lussac 1803, men hänvisade till det arbete som inte publicerades av Jacques Charles (1787). Av denna anledning är lagen känd som Charles's Law.

Lagen fastställer att det vid konstant tryck finns ett direkt förhållande mellan proportionaliteten mellan volymen som en gas och dess temperatur har ockuperat.

V ∝ k₂T

Genom att använda två punkter:

V₁/T₁ = V₂/T₂

V₁T₂ = V₂T₁

Avogadrolag

Lagen anges av Amadeo Avogadro 1811 och noterade att lika stora volymer av alla gaser, vid samma tryck och temperatur, har samma antal molekyler.

V₁/n₁ = V₂/n₂

Vad som fastställer den ideala gaslagen?

Genom den ideala gaslagen fastställs en relation mellan fyra oberoende fysiska egenskaper för gas: tryck, volym, temperatur och mängden gas. Det räcker att veta värdet på tre av dem för att få det för de återstående.

Lagen fastställer de förhållanden som indikerar när en gas uppför sig idealiskt, och när den rör sig bort från detta beteende.

Till exempel har den så kallade kompressionsfaktorn (PV/NRT) ett värde på 1 för idealiska gaser. Ett värde på värdet 1 för kompressionsfaktorn indikerar att gasbeteende rör sig bort från den ideala gasen.

Därför skulle ett misstag göras vid tillämpning av den ideala gasekvationen på en gas som inte uppför sig enligt modellen.

Ansökningar

Beräkning av densitet och molmassa av en gas

Ekvationen för den ideala gaslagen kan användas vid beräkningen av en gasdensitet och dess molmassa. När du gör en enkel modifiering kan du hitta ett matematiskt uttryck som relaterar densiteten (d) för en gas och dess molmassa (M):

D = MP/RT

Och rensa m:

M = drt/p

Beräkning av volymen av en gas som produceras i en kemisk reaktion

Stoichiometri är den kemiska grenen som relaterar mängden av var och en av reagensen som finns med de produkter som är involverade i en kemisk reaktion, vanligtvis uttryckt i mol.

Användningen av den ideala gasekvationen möjliggör bestämning av volymen av en gas som produceras i en kemisk reaktion; Eftersom du från den kemiska reaktionen kan få antalet mol. Sedan kan gasvolymen beräknas:

Kan tjäna dig: Glassjonomer: Förberedelse, egenskaper, typer, användningar

Pv = nrt

V = nrt/p

Mätning V kan bestämma prestandan eller framstegen för nämnda reaktion. När det inte finns fler gaser är det indikativa att reagens har helt uttömt.

Beräkning av partiellt tryck på gaserna som finns i en blandning

Den ideala gaslagen kan användas, tillsammans med Daltons lagstiftning om partiellt tryck, för att beräkna partiella tryck för de olika gaserna som finns i en gasblandning.

Förhållandet tillämpas:

P = nrt/v

För att hitta trycket från var och en av gaserna som finns i blandningen.

Volym gas som samlas in i vatten

En reaktion görs som producerar en gas, som samlas in av en experimentell design i vatten. Totalt gastryck är känt plus vattenånga tryck. Värdet på det senare kan erhållas i en tabell och genom subtraktion kan gastrycket beräknas.

Från stökiometri för den kemiska reaktionen kan antalet mol för gasen erhållas och tillämpa förhållandet:

V = nrt/p

Volymen på den producerade gasen beräknas.

Exempel på beräkningar

Övning 1

En gas har en densitet på 0,0847 g/l till 17 ºC och ett tryck på 760 torr. Vad är din molmassa? Vad är gasen?

Vi börjar från ekvationen

M = drt/p

Vi konverterar först temperaturenheterna till Kelvin:

T = 17 ºC + 273,15 K = 290,15 K

Och trycket på 760 Torr motsvarar det för 1 atm. Nu behöver du bara byta ut värdena och lösa:

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

M = 2 016 g/mol

Denna molmassa kan motsvara en enda art: den diatomiska vätemolekylen, h₂.

Övning 2

En massa av 0,00553 g kvicksilver (Hg) i en gasfas är i en volym av 520 L och vid en temperatur av 507 K. Beräkna trycket som utövas av HG. Den molmassan för Hg är 200,59 g/mol.

Problemet löses genom att använda ekvationen:

Pv = nrt

Information om antalet mol Hg visas inte; Men de kan erhållas genom att använda sin molmassa:

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

Kan tjäna dig: syre: egenskaper, struktur, risker, användningar

= 2 757 · 10^-5 Mullhål

Nu måste vi bara rensa P och ersätta värdena:

P = nrt/v

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

= 2,2 · 10^-6 Bankomat

Övning 3

Beräkna trycket som genereras av saltsyra som produceras genom att reagera 4,8 g klorgas (CL₂) med vätgas (h₂), I en volym av 5,25 L och vid en temperatur av 310 K. CL: s molmassa₂ är 70,9 g/mol.

H_{2 g)}  +  Kli_{2 g)} → 2 HCl_(g)

Problemet löses genom att använda den ideala gasekvationen. Men mängden HCl uttrycks i gram och inte i mol, så den förfallna omvandlingen görs.

Mol HCl = (4,8 g Cl₂) (1 mol Cl₂/70,9 g cl₂) (2 mol HCl/1 mol CL₂)

= 0,135 mol HCL

Tillämpa ekvationen i den ideala gaslagen:

Pv = nrt

P = nrt/v

= (0,135 mol HCl) (0,08206 L · ATM · K^-1· Mol^-1) (310 K) / 5,25 L

= 0,65 atm

Övning 4

Ett prov på 0,130 g av en gasformig förening upptar en volym av 140 ml vid en temperatur av 70 ° C och vid ett tryck av 720 Torr. Vad är din molmassa?

För att tillämpa den ideala gasekvationen måste flera förändringar först göra:

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

= 0,14 l

Med volymen i liter måste du nu uttrycka temperaturen i Kelvin:

T = 70 ºC + 273,15 K = 243,15 K

Och slutligen måste vi förvandla trycket till atmosfärenheter:

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

= 0,947 atm

Det första steget i att lösa problemet är att få antalet mol från föreningen. För detta används ekvationen för de ideala gaserna och vi rensade 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 mol

Det är bara nödvändigt att beräkna den moldeg genom att dela gram mellan de erhållna molen:

Molmassa = gram av föreningen / antalet mol.

= 0,130 g / 0,067 mol

= 19,49 g/mol

Referenser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8: e upplagan.). Cengage Learning.
2. Iran. Levin. (2014). Principer för fysikalik. Sjätte upplagan. MC Graw Hill.
3. Glanssten. (1970). Fysisk kemifördrag. Andra upplagan. Aguilar.
4. Mathews, C. K., Van Holde, K. OCH., Och Ahern, K. G. (2002). Biokemi. 3^var Utgåva. Pearson Addison Wesley redaktion.
5. Wikipedia. (2019). Idealgas. Hämtad från: i.Wikipedia.org
6. Redaktion. (2018). Boyle Law eller Boyle-Maleotte Law | Gaslagar. Återhämtat sig från: iquimicas.com
7. Jessie a. Nyckel. (s.F.). Den ideala gaslagen och underapplikationer. Hämtad från: OpenTextbc.Växelström