Νόμοι για το Ιδανικό Αέριο

Ο νόμος του ιδανικού αερίου ονομάζεται επίσης γενικός νόμος των αερίων. Όπως υποδηλώνει το όνομα, ο νόμος ισχύει υπό ιδανικές συνθήκες, αλλά όχι για πραγματικά αέρια. Ο νόμος του ιδανικού αερίου συσχετίζει την πίεση, τον όγκο, τη θερμοκρασία και την ποσότητα του αερίου. Διατυπώθηκε το 1824 από τον Γάλλο φυσικό Émile Clapeyron.

Ο νόμος του ιδανικού αερίου καθορίζει το γινόμενο της πίεσης και του όγκου ενός (1) γραμμαρίου μορίου ενός ιδανικού αερίου είναι το ίδιο με το γινόμενο της απόλυτης θερμοκρασίας του αερίου και της καθολικής σταθεράς του αερίου.

Εξίσωση ιδανικού αερίου

Η εξίσωση του ιδανικού αερίου περιλαμβάνει τον νόμο του Boyle, τον νόμο του Charle και τον νόμο του Avogadro.

Η εξίσωση ιδανικού αερίου δίνεται ως

PV=nRT

Εδώ,

P =πίεση

V =τόμος

R =ιδανική σταθερά αερίου

T =θερμοκρασία

n =ποσότητα ουσίας

Μονάδες νόμου για το ιδανικό αέριο

Όταν η σταθερά αερίου R χρησιμοποιείται ως 0,082 L.atm/K.mol, τότε η μονάδα πίεσης πρέπει να είναι σε ατμοσφαιρική ατμόσφαιρα, η μονάδα όγκου πρέπει να είναι σε λίτρα L και η θερμοκρασία πρέπει να είναι σε kelvin K.

Εάν χρησιμοποιήσουμε τη σταθερά αερίου ως R =8,31J/K.mol, πρέπει να εισαγάγουμε την πίεση P στις μονάδες Pa, ο όγκος πρέπει να είναι σε μονάδες m3 και η θερμοκρασία T στις μονάδες Kelvin-K.

Παραγωγή εξίσωσης ιδανικού αερίου

Η εξίσωση του ιδανικού αερίου αποτελείται από τρεις νόμους που είναι ο νόμος του Boyle, ο νόμος του Charle και ο νόμος του Avogadro.

Νόμος του Boyle

Ο νόμος του Boyle καθιερώνει τη σχέση μεταξύ όγκου και πίεσης σε σταθερή θερμοκρασία και σταθερή μάζα. Ο Robert Boyle πραγματοποίησε ένα πείραμα στα αέρια για να μελετήσει τη διακύμανση της συμπεριφοράς τους υπό μεταβαλλόμενες φυσικές συνθήκες.

Σύμφωνα με το νόμο του Boyle, σε σταθερή θερμοκρασία εάν η πίεση των αερίων αυξάνεται τότε ο όγκος των αερίων μειώνεται. Με απλά λόγια, ο νόμος του Boyle δηλώνει ότι ο όγκος του αερίου είναι αντιστρόφως ανάλογος της πίεσης εάν η θερμοκρασία καθώς και ο αριθμός των μορίων είναι σταθεροί.

Σύμφωνα με το νόμο του Boyle

P∝ 1/V

————- (1)

P=k1 x1/V

Εδώ, 

k1=σταθερά αναλογικότητας

Τώρα,

k1 =PV

Εδώ, το k είναι σταθερό. Επομένως, για τον τελικό όγκο και την τελική πίεση και ο αρχικός όγκος και η αρχική πίεση δίνονται ως

P1/P2=V2/V1

Εδώ, 

P1=αρχική πίεση

P2=τελική πίεση

V1=αρχικός τόμος

V2=τελικός τόμος

Νόμος του Καρόλου

Το 1787 ο Ζακ Σαρλ ανέλυσε την επίδραση ή την επίδραση της θερμοκρασίας στον όγκο ενός αερίου στοιχείου σε σταθερή πίεση. Έκανε αυτή την ανάλυση για να κατανοήσει το γεγονός πίσω από την πτήση με αερόστατο. Σύμφωνα με την ανάλυσή του, ο όγκος ενός αερίου είναι ευθέως ανάλογος με τη θερμοκρασία σε σταθερή πίεση και μάζα.

Σημαίνει ότι όταν αυξάνεται η θερμοκρασία, αυξάνεται και ο όγκος και όταν μειώνεται η θερμοκρασία, τότε μειώνεται και ο όγκος.

Σύμφωνα με τον Charles Law

V∝T————- (2)

Επομένως,

V=k2T

Νόμος του Avagadro

Το 1811 ο Amedeo Avogadro συνδύασε την ατομική θεωρία του Dalton και το νόμο του Gay Lussac για να εξαγάγει έναν άλλο σημαντικό νόμο για τα αέρια που ονομάζεται νόμος του Avogadro. Σύμφωνα με το νόμο του Avogadro, σε σταθερή θερμοκρασία και πίεση, ο όγκος όλων των αερίων αποτελείται από ίσο αριθμό μορίων. Με απλά λόγια, σε σταθερή θερμοκρασία και πίεση, ο όγκος ενός αερίου είναι ευθέως ανάλογος με τον αριθμό των μορίων που υπάρχουν σε αυτό το αέριο.

Σύμφωνα με το νόμο του Avagadro

V∝n —————– (3)

Επομένως,

V=k3n

Τώρα, για εξίσωση ιδανικού αερίου, συνδυάστε τις εξισώσεις (1), (2) και (3), οπότε παίρνουμε 

V∝ nT/P 

Όταν αφαιρέσουμε τη σταθερά αναλογικότητας, τότε παίρνουμε 

V=nRT/P

Εδώ,

R =σταθερά αερίου 

Και επίσης

PV=nRT ———- (4)

Η εξίσωση (4) είναι η εξίσωση ιδανικού αερίου.

Ideal Gas

Ένα ιδανικό αέριο είναι ένα θεωρητικό αέριο που αποτελείται από ένα σύνολο σημειακών σωματιδίων που κινούνται τυχαία και που αλληλεπιδρούν μέσω ελαστικών συγκρούσεων.

Στο ιδανικό αέριο, τα μόρια του αερίου κινούνται ελεύθερα προς κάθε κατεύθυνση και η σύγκρουση μεταξύ τους θεωρείται απολύτως ελαστική, πράγμα που σημαίνει ότι δεν υπάρχει απώλεια κινητικής ενέργειας λόγω σύγκρουσης.

Αν και δεν υπάρχει ιδανικό αέριο, όλα τα πραγματικά αέρια προσεγγίζουν αυτήν την ιδιότητα εάν η πυκνότητα είναι αρκετά χαμηλή. Αυτό είναι δυνατό επειδή τα μόρια του αερίου είναι τόσο μακριά μεταξύ τους που δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Η ιδέα του ιδανικού αερίου μας βοηθά να μελετήσουμε τα πραγματικά αέρια.

Μορφές νόμων για τα ιδανικά αέρια

Μοριακός όγκος

Η εξίσωση ιδανικού αερίου σε μοριακή μορφή δίνεται ως

Vm=V/n=RT/P

Επομένως, 

PVm=RT

Εδώ,

Vm=μοριακός όγκος

Πυκνότητα και ειδικός όγκος 

⍴=m/V=nMw/V=PMw/RT

Τώρα, ξέρουμε, 

R/Mw=Rsp

Επομένως, 

⍴=P/RspT

Εδώ,

Rsp=ειδική σταθερά αερίου

⍴=πυκνότητα 

Mw=μοριακό βάρος

Περιορισμοί του νόμου του ιδανικού αερίου

Υπάρχουν ορισμένοι περιορισμοί του ιδανικού αερίου που δίνονται εδώ

1. Ο νόμος του ιδανικού αερίου PV=nRT ισχύει μόνο για τα ιδανικά αέρια. Είναι μια καλή προσέγγιση με πραγματικά αέρια σε χαμηλή πίεση ή/και υψηλή θερμοκρασία.
2. Σε υψηλή πίεση και χαμηλή θερμοκρασία, η εξίσωση του ιδανικού νόμου αποκλίνει από τη συμπεριφορά των πραγματικών αερίων. Αυτό εξηγείται από τις αυξανόμενες διαμοριακές απωθητικές δυνάμεις κάτω από αυτές τις συνθήκες.

Συμπέρασμα

Ένα ιδανικό αέριο είναι ένα θεωρητικό αέριο που αποτελείται από ένα σύνολο σημειακών σωματιδίων που κινούνται τυχαία και που αλληλεπιδρούν μέσω ελαστικών συγκρούσεων.

Ο νόμος του ιδανικού αερίου καθορίζει το γινόμενο της πίεσης και του όγκου ενός (1) γραμμαρίου μορίου ενός ιδανικού αερίου είναι το ίδιο με το γινόμενο της απόλυτης θερμοκρασίας του αερίου και της καθολικής σταθεράς του αερίου.

Η εξίσωση ιδανικού αερίου δίνεται ως

PV=nRT

Η εξίσωση του ιδανικού αερίου αποτελείται από τρεις νόμους που είναι ο νόμος του Boyle, ο νόμος του Charle και ο νόμος του Avogadro.

Σύμφωνα με το νόμο του Boyle

P∝1/V

Σύμφωνα με τον Charles Law

V∝T

Σύμφωνα με το νόμο του Avagadro

V∝n