Τι είναι οι νόμοι για το φυσικό αέριο;
Οι νόμοι για τα αέρια τέθηκαν σε ισχύ τον 17ο αιώνα για να βοηθήσουν τους ερευνητές να προσδιορίσουν τις ποσότητες, τις ποσότητες, τις πιέσεις και τις θερμοκρασίες κατά την αντιμετώπιση των αερίων. Υπάρχουν τρεις κύριοι νόμοι για τα αέρια:ο νόμος του Charles, ο νόμος του Boyle και ο νόμος του Avogadro (όλοι συλλογικά γίνονται Γενική Εξίσωση Αερίου και Νόμος Ιδανικού Αερίου).
Νόμοι για τα αέρια
Η σχέση μεταξύ όλων των ποσοτήτων όπως η πίεση, η θερμοκρασία, ο όγκος και η ποσότητα αερίου θα προκύψει από τρεις θεμελιώδεις νόμους αερίων. Ο νόμος του Boyle λέει ότι ο όγκος του αερίου θα αυξηθεί εάν η πίεση μειωθεί. Ο νόμος του Καρόλου δηλώνει ότι ο όγκος ενός αερίου αυξάνεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία. Τέλος, ο νόμος του Avogadro δηλώνει ότι όσο αυξάνεται ο όγκος του αερίου, αυξάνεται και η ποσότητα του αερίου. Έτσι, τώρα εξάγετε τον νόμο του ιδανικού αερίου χρησιμοποιώντας το αποτέλεσμα του συνδυασμού των τριών βασικών νόμων αερίων.
Ιδανικά αέρια
Το ιδανικό αέριο δηλώνει ότι το τέλειο αέριο είναι μια θεωρητική ουσία που θα βοηθήσει στον προσδιορισμό της σχέσης μεταξύ τεσσάρων μεταβλητών αερίου, δηλαδή πίεση (P), όγκος (V), ποσότητα αερίου (n) και θερμοκρασία (T). Εδώ είναι μερικά σημεία που πρέπει να έχετε κατά νου. Το αέριο επίσης δεν καταλαμβάνει πολύ χώρο. Αυτή η ιδανική μεταφορά αερίου μετακινείται από ένα μέρος για να έχετε. Μπορεί να κινείται μόνο προς κατευθύνσεις, που είναι ευθεία, τυχαία και σε κύκλο. Τα σωματίδια αερίου δεν έχουν δυνάμεις. Ορισμένα σωματίδια θα συγκρούονται μόνο ελαστικά μεταξύ τους και με τα τοιχώματα του δοχείου.
Πραγματικά αέρια
Τα πραγματικά αέρια έχουν πραγματικό όγκο και περιλαμβάνουν τη σύγκρουση ελαστικών σωματιδίων. Είναι επειδή αυτές οι ελκτικές δυνάμεις έλκουν τα σωματίδια. Λόγω αυτής της αλληλεπίδρασης, ο όγκος ενός πραγματικού αερίου είναι πολύ μεγαλύτερος από αυτόν του ιδανικού αερίου. Επιπλέον, η πίεση του πραγματικού αερίου είναι χαμηλότερη από αυτή ενός ιδανικού αερίου. Αυτά τα αέρια τείνουν να έχουν ιδανική συμπεριφορά αερίου λόγω χαμηλής πίεσης και εξαιρετικά υψηλής θερμοκρασίας.
Ο συντελεστής συμπιεστότητας (Z) θα σας πει πόσο θα διαφέρουν τα πραγματικά αέρια από τη συμπεριφορά του ιδανικού αερίου:
Z =νόμος αερίων PV / nRT (1)
Για ιδανικά αέρια, Z=1. Για πραγματικά αέρια, Z≠1
Νόμος του Boyle
Ο Robert Boyle καθιέρωσε τη σχέση μεταξύ πίεσης (P) και όγκου (V) το 1662 (νομίζοντας ότι η θερμοκρασία (T) και η ποσότητα αερίου (n) θα παραμείνουν σταθερές):
P ∝ 1/V → PV =x νόμος αερίων (2 )
Εδώ, x θα ήταν η σταθερά, η οποία θα ποικίλλει ανάλογα με την ποσότητα αερίου που υπάρχει σε μια δεδομένη θερμοκρασία.
Η πίεση είναι αντιστρόφως ανάλογη του όγκου
Υποθέτοντας ότι μια άλλη μορφή της εξίσωσης μπορεί να είναι χρήσιμη για την επίλυση προβλημάτων (μπορούμε να πούμε δύο ομάδες περιστάσεων και να ορίσουμε και τις δύο σταθερές μεταξύ τους) είναι:
P 1 V 1 =P 2 V 2
Ερώτηση :Εάν δοθεί δείγμα αερίου 17,50 mL που περιέχει 4.500 atm. Ποιος είναι ο όγκος εάν η πίεση αυξηθεί σε 1.500 atm και η ποσότητα του αερίου και η θερμοκρασία παραμένουν σταθερές;
V 2 =P 1 V 1 / P 2
=4.500 atm X 17.50 mL / 1.500 atm. Νόμος για τα αέρια (5)
=52,50 ml νόμος αερίων (6)
Νόμος του Καρόλου
Οι Γάλλοι φυσικοί Jacques Charles το 1787, βρήκαν τη σχέση μεταξύ της θερμοκρασίας (T) και του όγκου (V) [υποθέτοντας ότι η πίεση (P) και η ποσότητα αερίου (n) παραμένουν σταθερές]:
V 1 / T 1 =V 2 / T 2
Εδώ, το y είναι μια σταθερά που εξαρτάται από την ποσότητα του αερίου και την πίεση. Άρα, ο όγκος είναι ευθέως ανάλογος της θερμοκρασίας. Στην ακόλουθη εξίσωση, ας υποθέσουμε δύο σύνολα συνθηκών. Η ρύθμιση και των δύο σταθερών μεταξύ τους θα βοηθήσει στην επίλυση προβλημάτων:
V1T2 =V2T1
Ερώτηση :Εάν ένα δείγμα διοξειδίου του άνθρακα σε μια αντλία έχει όγκο 20,5 mL στους 40,0 βαθμούς Κελσίου. Το αέριο και η πίεση παραμένουν σταθερές, προσδιορίζοντας τον νέο όγκο διοξειδίου του άνθρακα στην αντλία εάν η θερμοκρασία ανέβει στους 65,0 βαθμούς Κελσίου.
V2 =V1. T2 / T1
=20,50 ml (60 + 273,15 K ) / 40 + 273,15 K
=22,1 ml
Νόμος του Avogadro
Ο Amedeo Avogadro, το 1811, διόρθωσε τα προβλήματα του Gay-Lussac στον προσδιορισμό της σχέσης μεταξύ της ποσότητας αερίου(n) και του όγκου(V) (υποθέτοντας ότι η θερμοκρασία(T) και η πίεση(P) παραμένουν σταθερές).
Το V είναι ευθέως ανάλογο του n
Εδώ, z θα είναι η σταθερά που θα εξαρτηθεί από την πίεση και τη θερμοκρασία.
- Ο όγκος(V) θα είναι ευθέως ανάλογος με την ποσότητα του αερίου(n)
Θα δούμε ότι υπάρχουν 2 σύνολα συνθηκών και η ρύθμιση και των δύο σταθερών μεταξύ τους που θα βοηθήσει στην επίλυση προβλημάτων είναι:
V1/n1 =z =V2 / n2
Συμπέρασμα
Όλα τα αέρια συμπεριφέρονται το ίδιο όταν οι συνθήκες είναι κανονικές. Ωστόσο, ακόμη και μικρές αλλαγές σε φυσικές παραμέτρους όπως η πίεση, η θερμοκρασία ή ο όγκος προκαλούν απόκλιση. Οι νόμοι των αερίων χρησιμοποιούνται για τη μελέτη της συμπεριφοράς των αερίων. Οι μεταβλητές κατάστασης ενός αερίου, όπως η πίεση, ο όγκος και η θερμοκρασία, αντικατοπτρίζουν την πραγματική φύση του αερίου.
