Ideal Gas

Το αέριο είναι μια συλλογή σωματιδίων σε γρήγορη κίνηση. Τα σωματίδια βρίσκονται σε συνεχή σύγκρουση όλη την ώρα. Ένα αέριο παίρνει το σχήμα ό,τι περιέχει. Ένα ιδανικό αέριο έχει μηδενικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματιδίων του και υπακούει επίσης στον νόμο του ιδανικού αερίου. Η σημασία αυτής της έννοιας είναι ότι χρησιμοποιείται για την ανάλυση χημικών και μηχανικών υπολογισμών.

Ο νόμος του ιδανικού αερίου λέει, «ο όγκος ενός ιδανικού αερίου είναι ευθέως ανάλογος με τον αριθ. γραμμομορίων αερίου και τη θερμοκρασία και αντιστρόφως ανάλογη της πίεσης». Παραδείγματα ιδανικών αερίων περιλαμβάνουν το άζωτο, το οξυγόνο, το υδρογόνο και τα ευγενή αέρια. Η κύρια χρήση του νόμου του ιδανικού αερίου είναι ο υπολογισμός του όγκου του αερίου που παράγεται ή καταναλώνεται.

Εισαγωγή στο Ideal Gas

Ένα ιδανικό αέριο είναι μια θεωρητική αντίληψη του αερίου που έχει μηδενική αλληλεπίδραση μεταξύ των σωματιδίων. Θα έχει μόνο μια ελαστική σύγκρουση μεταξύ των σωματιδίων. Υπακούει απόλυτα στον τέλειο νόμο αερίων. Η εσωτερική κινητική ενέργεια διατηρείται αδιατάρακτη εκτός εάν υπάρχει αύξηση της θερμοκρασίας ή μείωση της πίεσης. Όλα τα σωματίδια έχουν μάζα ηρεμίας. Συνολικός όγκος και αρ. των σωματιδίων είναι αμελητέα σε σύγκριση με το σύστημα.

Σύμφωνα με την IUPAC, ένα mole ενός ιδανικού αερίου θα έχει όγκο 22,7 λίτρα σε θερμοκρασία 273,15 K και πίεση 105 Pa. Η έννοια του ιδανικού αερίου χρησιμοποιείται για την ανάλυση άλλων αερίων σε χημικούς και μηχανικούς υπολογισμούς. Οι μεταβλητές που σχετίζονται με ένα ιδανικό αέριο είναι κυρίως η πίεση, ο όγκος και η θερμοκρασία.

Οι ιδέες του νόμου του ιδανικού αερίου προέκυψαν από το συνδυασμό άλλων τριών νόμων για τα αέρια (ο νόμος του Boyle, ο νόμος του Charles και ο νόμος του Avogadro). Παραδείγματα ιδανικών αερίων περιλαμβάνουν άζωτο, οξυγόνο, υδρογόνο και ευγενή αέρια.

Νόμος για το Ιδανικό Αέριο

Σύμφωνα με τον νόμο του ιδανικού αερίου, ο όγκος ενός ιδανικού αερίου θα είναι ευθέως ανάλογος με τον αριθ. των mole και της θερμοκρασίας και αντιστρόφως ανάλογη της πίεσης. Αυτός ο νόμος προέκυψε με το συνδυασμό τριών προηγούμενων νόμων για τα αέρια. Ο νόμος περί ιδανικών αερίων δεν ισχύει μόνο για μεμονωμένα αέρια. μπορεί επίσης να εφαρμοστεί σε ένα μείγμα αερίων.

Νόμος του Μπόιλ

Αυτός ο νόμος προτείνει ότι η πίεση ενός αερίου είναι έμμεσα ανάλογη με τον όγκο του αερίου, ο οποίος μπορεί να αναπαρασταθεί ως:

V ∝ 1/P

Νόμος του Καρόλου

Αυτός ο νόμος προτείνει ότι ο όγκος ενός αερίου είναι κατευθυντικά ανάλογος με τη θερμοκρασία ενός αερίου, υποθέτοντας ότι η πίεση είναι σταθερή, η οποία μπορεί να αναπαρασταθεί ως:

V ∝ T

Νόμος του Avogadro

Αυτός ο νόμος προτείνει ότι ο όγκος ενός αερίου είναι ευθέως ανάλογος με τον αριθμό των γραμμομορίων σωματιδίων (ποσότητα αερίου), που μπορεί να αναπαρασταθεί ως:

V ∝ n

Συνδυάζοντας αυτές τις τρεις εξισώσεις, παίρνουμε

V ∝ nT/P

που μας δίνει,

V =nRT/P

και τέλος

PV =nRT

όπου,

P=απόλυτη πίεση

V=όγκος αερίου 

n=η ποσότητα του αερίου

T=θερμοκρασία και

R=καθολική σταθερά αερίου=8,3145 joules/mol/K

Η σταθερά R θα έχει διαφορετικές τιμές σε διαφορετικές μονάδες. Επομένως, όταν υπάρχει υπολογισμός, θα πρέπει πάντα να διασφαλίζεται ότι η τιμή του R βρίσκεται στην ίδια μονάδα, η οποία αντιπροσωπεύει άλλα εν λόγω δεδομένα.

Περιορισμοί ενός νόμου ιδανικού αερίου και ιδανικού αερίου

• Αυτή η ιδέα ισχύει μόνο σε υψηλή θερμοκρασία και χαμηλή πίεση.
• Σε χαμηλή θερμοκρασία και υψηλή πίεση, τα μόρια αερίου έχουν λίγο χώρο και αλληλεπιδρούν περισσότερο.
• Σε αντίθεση με το ιδανικό αέριο, τα πραγματικά αέρια έχουν μοριακές αλληλεπιδράσεις.

Συμπέρασμα

Ένα ιδανικό αέριο είναι μια θεωρητική αντίληψη ενός αερίου που έχει μηδενική αλληλεπίδραση μεταξύ των σωματιδίων. Θα έχει μια ελαστική σύγκρουση μεταξύ των σωματιδίων. Υπακούει απόλυτα στον νόμο του ιδανικού αερίου.

Οι μεταβλητές που σχετίζονται με ένα ιδανικό αέριο είναι κυρίως η πίεση, ο όγκος και η θερμοκρασία. Οι ιδέες του νόμου του ιδανικού αερίου προέκυψαν από το συνδυασμό άλλων τριών νόμων για τα αέρια (νόμος του Boyle, ο νόμος του Charles και ο νόμος του Avogadro). Ωστόσο, ο νόμος για τα ιδανικά αέρια δεν είναι ακριβής επειδή τα αέρια δεν υπάρχουν σε ιδανική μορφή στη φύση, κάτι που αποτελεί προϋπόθεση για να είναι εφαρμόσιμος ο νόμος του ιδανικού αερίου. Τα φυσικά αέρια έχουν μοριακές αλληλεπιδράσεις και οι συγκρούσεις μεταξύ των ατόμων ενός αερίου δεν είναι απόλυτα ελαστικές. Μπορεί, ωστόσο, να χρησιμοποιηθεί για την ανάλυση άλλων αερίων σε μηχανικές και χημικές εφαρμογές.