Ο νόμος του Gay Lussac
Τι είναι ο νόμος του Gay Lussac;
Ο νόμος του Gay-Lussac είναι ένας νόμος αερίων που δηλώνει ότι η πίεση ενός αερίου ποικίλλει άμεσα ανάλογα με τη θερμοκρασία όταν η μάζα και ο όγκος διατηρούνται σταθερά. Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, αυξάνεται και η πίεση. Η ιδέα φαίνεται γραφικά παρακάτω.
Αυτό το φαινόμενο συμβαίνει επειδή όσο αυξάνεται η θερμοκρασία, αυξάνεται η κινητική ενέργεια των μορίων του αερίου. Η αυξημένη ενέργεια σημαίνει ότι τα μόρια συγκρούονται με τα τοιχώματα του δοχείου με περισσότερη δύναμη, που σημαίνει υψηλότερη πίεση.
Ο νόμος του Gay Lussac ονομάζεται επίσης και νόμος του Amonton. Ο Amonton απέδειξε τον ίδιο νόμο φτιάχνοντας ένα θερμόμετρο όπου η μετρούμενη πίεση ήταν μια ένδειξη για την τρέχουσα θερμοκρασία. Ο Gay-Lussac απέδειξε το νόμο με μεγαλύτερη ακρίβεια, επομένως αποκαλείται συχνότερα με το όνομά του.
Φόρμουλα νόμου του Gay Lussac
Ο νόμος του Gay-Lussac μας δίνει έναν τύπο όπου η πίεση και η θερμοκρασία σχετίζονται με μια σταθερά όταν ο όγκος και η μάζα/moles διατηρούνται σταθερά. Δηλαδή:
Μπορούμε επίσης να συσχετίσουμε την πίεση και τη θερμοκρασία σε δύο διαφορετικά σημεία τότε επειδή είναι και τα δύο ίσα με την ίδια σταθερή τιμή. Δηλαδή:
Και
Επομένως,
Μπορείτε να δείτε αυτόν τον τύπο γραμμένο σε διάφορες μορφές. Για παράδειγμα, μπορείτε να αναδιατάξετε τις μεταβλητές για λήψη
Το k σε αυτές τις εξισώσεις μπορεί επίσης να λυθεί με αναδιάταξη του νόμου του ιδανικού αερίου.
Διατηρούμε σταθερά τον όγκο (V) και τα moles (n). Το R είναι πάντα σταθερά. Έτσι, ολόκληρη η δεξιά πλευρά της κάτω εξίσωσης είναι μια σταθερά.
Παράδειγμα πραγματικής ζωής του νόμου του Gay-Lussac
Καθώς η θερμοκρασία πέφτει το χειμώνα, μπορεί να παρατηρήσετε ότι λαμβάνετε ειδοποίηση χαμηλής πίεσης ελαστικών στο αυτοκίνητό σας. Αυτό το φαινόμενο συμβαίνει λόγω της σχέσης που βλέπουμε στο νόμο του Gay Lussac. Η θερμοκρασία πέφτει, επομένως, πέφτει η πίεση στο ελαστικό επειδή είναι ευθέως ανάλογες. Ωστόσο, τόσο ο συνολικός όγκος όσο και η συνολική μάζα του αερίου στο εσωτερικό του παραμένουν ίδια. (Με μεγάλες εναλλαγές θερμοκρασίας ο όγκος του ελαστικού αλλάζει, αλλά για μικρές αλλαγές θερμοκρασίας παραμένει σχετικά ίδιος)
Το ίδιο ισχύει και με τις δεξαμενές προπανίου. Η δεξαμενή μπορεί να δείξει χαμηλότερη ή μεγαλύτερη πίεση ανάλογα με την εξωτερική θερμοκρασία (εφόσον δεν χρησιμοποιείτε τη δεξαμενή για ψήσιμο!). Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, το μανόμετρο στη δεξαμενή θα δείχνει υψηλότερα.
Για μια εικόνα της πίεσης που μειώνεται επειδή η θερμοκρασία μειώνεται, παρακολουθήστε ή δοκιμάστε την κατάρρευση, μπορείτε να πειραματιστείτε! Αυτό το πείραμα δεν είναι μια τέλεια αναπαράσταση του νόμου του Gay Lussac, αλλά είναι ένα καλό παράδειγμα μεταβολών της πίεσης λόγω της θερμοκρασίας. Στα πειράματα του Gay Lussac, είχε ένα άκαμπτο δοχείο με καθορισμένο όγκο.
Προβλήματα παραδείγματος νόμου του Gay-Lussac
Πρόβλημα:Προσπαθείτε να πετάξετε ένα δοχείο αεροζόλ που έχει πίεση 2,00 atm στους 20 C. Όταν το δοχείο απορριφθεί, μπορεί να αυξηθεί σε θερμοκρασία 110C. Ποια θα ήταν η πίεση σε αυτή τη θερμοκρασία;
Επεξεργασμένη λύση:
Αρχικά, πρέπει να προσδιορίσουμε τις μεταβλητές που έχουμε. Γνωρίζουμε P1 =2,00 atm, T1 =20C ή 293K και ότι T2 =110c ή 383K. Προσπαθούμε να λύσουμε το P2 .
Η εξίσωση του νόμου του Gay-Lussac είναι:
Μπορούμε να αναδιατάξουμε για να λύσουμε το P2 .
Τώρα συνδέουμε τις τιμές μας και λύνουμε.
Πρόβλημα:Το ελαστικό του αυτοκινήτου σας δείχνει 2,24 atm και η εξωτερική θερμοκρασία είναι 80 F. Ποια θα είναι η πίεση των ελαστικών όταν η εξωτερική θερμοκρασία είναι 0F; (Ας υποθέσουμε ότι ο όγκος του ελαστικού δεν αλλάζει αν σκάσει)
Επεξεργασμένη λύση:
Εξετάζουμε ένα ελαστικό, επομένως ο αριθμός των κρεατοελιών και ο όγκος είναι σταθεροί, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον νόμο του Gay-Luccass.
Το P1 μας =2,24 atm και T1 =80F ή 300K. Γνωρίζουμε επίσης T2 =0F ή 255 K. Πρέπει να λύσουμε για P2 .
Από το παραπάνω πρόβλημα έχουμε την αναδιαταγμένη εξίσωσή μας. (Αν δεν θυμάστε πώς να αναδιατάξετε την εξίσωση, αυτό λύθηκε στο προηγούμενο πρόβλημα)
Στη συνέχεια, μπορούμε να συνδέσουμε τους αριθμούς που γνωρίζουμε και να υπολογίσουμε την απάντησή μας.
Η πίεση του νέου ελαστικού είναι 1,90 atm. Σημαντικά χαμηλότερη από την πίεση των 2,24 atm στο ελαστικό πριν!
Ποιος είναι ο Gay-Lussac;
Ο Joseph Louis Gay-Lussac ήταν Γάλλος χημικός που έζησε από το 1778 έως το 1850. Ανακάλυψε και μοιράστηκε τον περίφημο νόμο του Gay Lussac στις αρχές του 1800. Εκτός από τον νόμο που περιγράφηκε παραπάνω, ανέπτυξε επίσης πολλές τεχνικές αναλυτικής χημείας, ανακάλυψε το βόριο και πολλά άλλα. Είχε έναν ανταγωνισμό με τον Humphry Davy, ο οποίος ανακάλυψε πολλά άλλα στοιχεία, όπως το ασβέστιο και το κάλιο.
Διασκεδαστικό γεγονός! Σε μια προσπάθεια να μετρήσει το μαγνητικό πεδίο της γης σε μεγάλο υψόμετρο, ο Gay-Lussac κατείχε το παγκόσμιο ρεκόρ για την υψηλότερη πτήση με αερόστατο για περίπου πενήντα χρόνια. Έφτασε σε ύψος περίπου 7.000 μέτρων ή 23.000 ποδιών.
Άλλοι νόμοι για τα αέρια
- Νόμος για το ιδανικό αέριο
- Νόμος του Μπόιλ
- Νόμος του Καρόλου
- Νόμος του Avogadro
- Νόμος του Ντάλτον
- Συνδυασμένος νόμος για τα αέρια
