Νόμοι για το φυσικό αέριο
Όλα τα αέρια παρουσιάζουν συνήθως την ίδια συμπεριφορά όταν οι συνθήκες είναι κανονικές. Αλλά με μικρές αλλαγές στις συνθήκες του σώματος, όπως πίεση, θερμοκρασία ή όγκος, αυτό δείχνει απόκλιση. Οι κανόνες του αερίου είναι η ανάλυση αυτής της συμπεριφοράς αερίου. Ευέλικτες συνθήκες όπως η πίεση, ο όγκος και η θερμοκρασία ενός αερίου δείχνουν την πραγματική του φύση. Γι' αυτό οι νόμοι των αερίων είναι η σχέση μεταξύ αυτών των μεταβλητών.
Οι νόμοι των αερίων δίνουν τις σχέσεις μεταξύ πίεσης, όγκου και θερμοκρασίας ενός δεδομένου αερίου. Οι επιμέρους νόμοι αερίων περιγράφονται παρακάτω ως εξής:
- Νόμος του Boyle:Περιγράφει τη σχέση μεταξύ της πίεσης και του όγκου ενός αερίου.
- Νόμος του Καρόλου:Περιγράφει τη σχέση μεταξύ του όγκου που καταλαμβάνει ένα αέριο και της απόλυτης θερμοκρασίας.
- Νόμος του Gay-Lussac:Περιγράφει τη σχέση μεταξύ της πίεσης που ασκεί ένα αέριο στα τοιχώματα του δοχείου του και της απόλυτης θερμοκρασίας που σχετίζεται με το αέριο.
- Νόμος του Avogadro:Περιγράφει τη σχέση μεταξύ του όγκου που καταλαμβάνει ένα αέριο και της ποσότητας της αέριας ουσίας.
Ο νόμος του συνδυασμένου αερίου (ή ο νόμος του ιδανικού αερίου) μπορεί να ληφθεί συνδυάζοντας τους τέσσερις νόμους που αναφέρονται παραπάνω. Όλοι αυτοί οι νόμοι ισχύουν μόνο για ιδανικά αέρια. Με άλλα λόγια, μπορούμε να ορίσουμε ότι τα αέρια που υπακούουν στους νόμους των αερίων ονομάζονται ιδανικά αέρια.
Νόμος του Μπόιλ
Για ένα δεδομένο mol αερίου σε σταθερή θερμοκρασία, η πίεση του δεδομένου αερίου είναι αντιστρόφως ανάλογη με τον όγκο αυτού του αερίου.
V ∝ 1/P
PV =K1
Πού,
V είναι ο όγκος του αερίου
P είναι η πίεση του αερίου
Το K1 είναι η σταθερά
Σε άλλη μορφή, μπορούμε να το γράψουμε ως, P1V1 =P2V2
Εδώ. P1 είναι η αρχική πίεση, V1 είναι ο αρχικός όγκος, P2 είναι η τελική πίεση και V2 είναι ο τελικός όγκος.
Νόμος του Καρόλου
Σχετίζει τον όγκο και τη θερμοκρασία της δεδομένης μάζας αερίου σε σταθερή πίεση.
Δήλωση:"Ο όγκος μιας δεδομένης ποσότητας αερίου σε σταθερή πίεση ποικίλλει ανάλογα με την απόλυτη θερμοκρασία."
Μαθηματικά, μπορούμε να δηλώσουμε ότι-
V ∝ T
ή V =KT
ή V/T =K =σταθερά
ή μπορεί να γραφτεί ως V1 / T1 =V2 / T2
Εδώ, η θερμοκρασία είναι σε Kelvin. Ονομάζεται απόλυτη κλίμακα θερμοκρασίας. Αυτή η κλίμακα θερμοκρασίας εισήχθη από τον Βρετανό φυσικό και μαθηματικό Lord Kelvin. Το κατώτερο όριο της κλίμακας ονομάζεται απόλυτο μηδέν, το οποίο αντιστοιχεί σε -273°C. Στο απόλυτο μηδέν ή στους -273°C, η μοριακή κίνηση του αερίου σταματά και ο όγκος του αερίου γίνεται μηδέν. Το αέριο γίνεται υγρό ή στερεό. Έτσι, απόλυτο μηδέν είναι εκείνη η θερμοκρασία στην οποία δεν υπάρχει ουσία σε αέρια κατάσταση. Η θερμοκρασία λαμβάνεται πάντα προσθέτοντας 273 στη θερμοκρασία που εκφράζεται σε βαθμούς Κελσίου.
Μαθηματικά, K =(ºC+273)
Αυτή η απόλυτη κλίμακα της θερμοκρασίας χρησιμοποιείται στους νόμους των αερίων.
Ο νόμος του Gay-Lussac
Σχετίζει την πίεση και την απόλυτη θερμοκρασία της δεδομένης μάζας αερίου σε σταθερό όγκο.
Δήλωση:Ο όγκος παραμένει σταθερός. Η πίεση μιας δεδομένης μάζας ενός αερίου αυξάνεται ή μειώνεται κατά 1273 της πίεσής του στους 0°C ανά βαθμό μεταβολής της θερμοκρασίας.
P=P0(1+t273)
Ή P=P0(273+t273)
Ή P=P0(TT0)
Ή PT=P0T0
Ή PT=constant
Σε σταθερό όγκο, η πίεση της δεδομένης ποσότητας αερίου είναι ευθέως ανάλογη με την απόλυτη θερμοκρασία.
Νόμος του Avogadro
Δήλωση:Ο ίσος όγκος όλων των αερίων περιέχει ίσο αριθμό μορίων υπό ίδιες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης.
Ένα mole μορίων αερίου (6,0231023) υπό STP καταλαμβάνουν 22,4 L όγκου.
Ο μοριακός όγκος ενός αερίου σε μια δεδομένη θερμοκρασία και πίεση είναι μια συγκεκριμένη σταθερά. Είναι ανεξάρτητο από το αέριο που λαμβάνεται.
Έτσι, μπορεί να γραφτεί ως V∝n ( Σε σταθερή θερμοκρασία και πίεση)
Ή V1n1=v2n2
Στο SATP (τυπική θερμοκρασία και πίεση περιβάλλοντος) σημαίνει 25°C και πίεση 1 bar, μοριακός όγκος =24800ml.
Εξίσωση ιδανικού αερίου
Ο νόμος του ιδανικού αερίου, που ονομάζεται επίσης γενική εξίσωση αερίου, απεικονίζει την κατάσταση ενός υποθετικού ιδανικού αερίου. Η εξίσωση είναι μια καλή προσέγγιση της συμπεριφοράς πολλών αερίων κάτω από διαφορετικές συνθήκες, αν και έχει αρκετούς περιορισμούς. Ο νόμος του ιδανικού αερίου διατυπώθηκε για πρώτη φορά από τον Benoît Paul Émile Clapeyron το 1834. Συνδυάζει τον εμπειρικό νόμο του Avogadro, τον νόμο του Boyle, τον νόμο του Charles και τον νόμο του Gay-Lussac. Ο νόμος του ιδανικού αερίου είναι επίσης γραμμένος σε εμπειρική μορφή όπως αναφέρεται παρακάτω:
PV=nRT
Όπου, P=πίεση
V=τόμος
n=no of mole
R=Ιδανική σταθερά αερίου
Η ιδανική σταθερά αερίου είναι η ίδια για όλα τα αέρια, αλλά μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με τις μονάδες που χρησιμοποιούνται. οι πιο συνηθισμένες εκφράσεις είναι R =0,0821 (L*atm/mol*K) ή 'R=8,31 (J/mol*K).
Συμπέρασμα
Οι παραπάνω κανόνες αερίου μας δίνουν μια ένδειξη των διαφόρων ιδιοτήτων αερίου του αερίου με τη μεταβαλλόμενη θερμοκρασία, πίεση και μέγεθος. Δημιουργήθηκαν στις αρχές του 17ου αιώνα, οι νόμοι για τα αέρια ίσχυαν για να βοηθήσουν τους επιστήμονες να προσδιορίσουν τον όγκο, την ποσότητα, την πίεση και τη θερμοκρασία όταν επρόκειτο για το αέριο. Ο νόμος του Boyle μας λέει ότι ο όγκος του αερίου αυξάνεται καθώς μειώνεται η πίεση. Ο νόμος του Καρόλου μας λέει ότι ο όγκος του αερίου αυξάνεται καθώς αυξάνονται οι θερμοκρασίες. Και ο νόμος Avogadro μας λέει ότι ο όγκος του φυσικού αερίου αυξάνεται καθώς αυξάνεται η τιμή του φυσικού αερίου. Ένας σωστός νόμος αερίων είναι ένας συνδυασμός τριών απλών νόμων για τα αέρια.
