Διαστατικός τύπος καθολικής σταθεράς αερίου

Τα αέρια έχουν εγγενείς και συναρπαστικές ιδιότητες, καθιστώντας τα πολύτιμα για τη μελέτη της φυσικής. Σε αντίθεση με άλλα θέματα, τα αέρια δεν έχουν κάποιο συγκεκριμένο σχήμα ή όγκο. Είναι ικανά να γεμίσουν όποιο χώρο τους δοθεί. Αυτή η ιδιότητα των αερίων όπου μπορούν να γεμίσουν οποιονδήποτε διαθέσιμο χώρο οφείλεται στην ικανότητα των μορίων τους να βιάζονται. Αυτό συμβαίνει κυρίως επειδή οι διαμοριακές δυνάμεις μεταξύ των δύο γειτονικών μορίων αερίου είναι αδύναμες.

Όλες αυτές οι ιδιότητες των αερίων οδήγησαν στην ανακάλυψη πολλαπλών πτυχών που σχετίζονται με τις δραστηριότητές του, όπως η κινητική θεωρία, η καθολική σταθερά αερίου και πολλά άλλα. Θα συζητήσουμε όλα αυτά και τη σταθερή σημασία του παγκόσμιου αερίου λεπτομερέστερα.

Τι είναι τα αέρια;

Τα αέρια ορίζονται ως μια κατάσταση ύλης που δεν έχει συγκεκριμένο σχήμα, μέγεθος ή όγκο. Έχουν χαμηλότερη πυκνότητα από τα στερεά και τα υγρά επίσης. Τα αέρια διαθέτουν επίσης μοναδικές ιδιότητες, γεγονός που τα καθιστά συναρπαστικό θέμα προς μελέτη.

Συμπιεστότητα αερίων

Τα διαμοριακά κενά μεταξύ των μορίων των αερίων είναι τεράστια. Ακόμα, αυτός ο διαμοριακός χώρος μειώνεται όταν ασκείται πίεση στα αέρια, φέρνοντας τα μόρια του αερίου πιο κοντά. Αυτό μειώνει αποτελεσματικά τον όγκο του αερίου, που ονομάζεται συμπιεστότητα των αερίων.

Η θερμοκρασία επηρεάζει επίσης τον όγκο των αερίων. η μείωση της θερμοκρασίας θα μειώσει τον όγκο των αερίων. Όταν μειώνεται η θερμοκρασία, μειώνεται επίσης η ποσότητα ενέργειας που λειτουργεί στα σωματίδια—με αποτέλεσμα τη Μειωμένη κίνηση των μορίων αερίου, μειώνοντας έτσι τον όγκο τους.

Διαστολή αερίων

Η θερμοκρασία και η πίεση επηρεάζουν επίσης την ικανότητα διαστολής των αερίων. Όταν ασκείται πίεση στα αέρια, συμβαίνει συστολή και το αέριο συστέλλεται. Αντίθετα, το αέριο διαστέλλεται επίσης όταν αφαιρείται η πίεση. Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται, τα μόρια του αερίου αποκτούν ενέργεια για ορμή, αυξάνοντας έτσι τον όγκο τους. Αυτό συμβαίνει επειδή η διαμοριακή έλξη μεταξύ των μορίων αερίου μειώνεται και τα αέρια διατρέχουν το διάστημα.

Διάχυση αερίων

Η ικανότητα αβίαστης διάχυσης των αερίων διευκολύνει την ομοιογενή ανάμειξη δύο αερίων. Όταν δύο αέρια αναμειγνύονται, εισέρχονται γρήγορα στις διαμοριακές αποστάσεις ενός άλλου αερίου. Καθώς τα αέρια διαθέτουν μεγάλους διαμοριακούς χώρους.

Η πυκνότητα των αερίων

Καθώς τα αέρια έχουν μεγάλους όγκους λόγω των τεράστιων διαμοριακών χώρων, αυτός είναι και ο λόγος που έχουν πολύ χαμηλές πυκνότητες.

Ικανότητα άσκησης πίεσης αερίων

Τα αέρια είναι η μόνη ύλη που μπορεί να ασκήσει πίεση προς κάθε κατεύθυνση. Όταν τα αέρια αποθηκεύονται σε ένα κλειστό δοχείο, ασκούν πίεση στα εσωτερικά τοιχώματα του δοχείου. Αυτό συμβαίνει λόγω της γρήγορης κίνησης των μορίων. Συγκριτικά, τα στερεά και τα υγρά δεν μπορούν να κάνουν το ίδιο.

Νόμοι για τα αέρια

Παρόλο που όλα τα αέρια δεν είναι χημικά ίδια στις ιδιότητές τους, όλα υπακούουν στους νόμους των αερίων. Οι νόμοι των αερίων αναπτύσσονται από αρκετούς επιστήμονες ανάλογα με την πίεση, τη θερμοκρασία, τον όγκο και την ποσότητα. Αυτοί οι νόμοι δημιουργούν μια σύνδεση μεταξύ των διαφόρων ιδιοτήτων των αερίων όπως η πίεση, ο όγκος κ.λπ.

Νόμος του Boyle - σύμφωνα με αυτόν τον νόμο, η πίεση και ο όγκος ενός αερίου είναι αντιστρόφως ανάλογες μεταξύ τους όταν η θερμοκρασία και η ποσότητα του αερίου διατηρούνται σταθερές.

Νόμος του Καρόλου- σύμφωνα με αυτόν τον νόμο, για έναν σταθερό όγκο, η πίεση μιας συγκεκριμένης μάζας αερίου θα ποικίλλει άμεσα με τη μεταβολή της θερμοκρασίας.

Ο νόμος του Avogadro- Σύμφωνα με αυτόν τον νόμο, κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης, οι ίδιοι όγκοι διαφόρων αερίων διαθέτουν ίσο αριθμό μορίων. Η τιμή του αριθμού του Avogadro είναι 6,02214076 × 1023.

Ο νόμος του Gay-Lussac- Σύμφωνα με αυτόν τον νόμο, η πίεση που ασκείται από ένα αέριο συγκεκριμένης μάζας σε έναν συγκεκριμένο όγκο ποικίλλει άμεσα ανάλογα με τη θερμοκρασία που διατηρείται.

Ο νόμος του ιδανικού αερίου- Σύμφωνα με αυτόν τον νόμο, η πίεση, η θερμοκρασία και ο όγκος συνδέονται μεταξύ τους με την ακόλουθη σχέση. pV=nRT (p=πίεση, v=όγκος, n=αριθμός γραμμομορίων αερίου R=σταθερά νόμου αερίου και T=απόλυτη θερμοκρασία).

Η καθολική εξίσωση αερίου και η καθολική σταθερά αερίου

Η καθολική εξίσωση αερίου, με απλά λόγια, μπορεί να οριστεί ως η συγχώνευση όλων των νόμων των αερίων που αναφέρθηκαν παραπάνω. Οι ιδιότητες των αερίων όπως η πίεση, ο όγκος και η θερμοκρασία είναι όλες αλληλένδετες. Ο Robert Boyle το μελέτησε για πρώτη φορά. Σύμφωνα με το νόμο του Boyle, PV =σταθερό.

Σύμφωνα με το νόμο του Καρόλου, V/T=σταθερά.

Όταν συνδυάζονται αυτοί οι δύο νόμοι, PV/T =σταθερά.

Η σταθερά σε αυτόν τον νόμο δηλώνεται ως η καθολική σταθερά αερίου που ορίζεται ως R, η οποία είναι σταθερή =nR, όπου n είναι ο αριθμός των γραμμομορίων αερίου.

Έτσι, αν συνδυάσουμε τον νόμο του Boyle, τον νόμο του Charles και τον νόμο του Avogadro, μπορούμε να εξαγάγουμε την καθολική εξίσωση αερίου, η οποία είναι 

pV=nRT. Εδώ R είναι η καθολική σταθερά αερίου.

Παραγωγή: 

V=nRT/P

Μπορούμε επίσης να πούμε PV=nRT.

R=PV (nT)-1     ______A

P=πίεση, V=όγκος, n=αριθμός moles, T=απόλυτη θερμοκρασία και R=καθολική σταθερά αερίου.

Σύμφωνα με τον τύπο διαστάσεων του όγκου, V=[M0 L3 T0]_____ 1

Ο τύπος διαστάσεων της θερμοκρασίας είναι [M0 L0 T0 K1]_____2

Γνωρίζουμε, πίεση =δύναμη x (εμβαδόν)-1

Στη συνέχεια, μάζα × επιτάχυνση × [Εμβαδόν]-1 =[M] × [L1 T-2] × [L2]-1

Άρα ο τύπος διαστάσεων της πίεσης είναι [M1 L-1 T-2]_____3

Τώρα βάζοντας τα 1, 2 και 3 στην εξίσωση Α, παίρνουμε,

R=[M1 L-1 T-2] × [M0 L3 T0] × [M0 L0 T0 K1]-1 =[M1 L2 T-2 K-1].

Άρα ο τύπος διαστάσεων μιας καθολικής σταθεράς αερίου είναι [M1 L2 T-2 K-1].

Τύπος διαστάσεων της καθολικής σταθεράς αερίου:

R=[M1 L2 T–2 K–1].

Η τιμή του R είναι 0,0821 litre/k mol.

Συμπέρασμα

Η καθολική σταθερή σημασία του αερίου είναι απαραίτητη για την κατανόηση των αναπόσπαστων πτυχών των αερίων. Απεικονίζει τις βασικές ιδιότητες που διαθέτει ένα αέριο και τις ιδιότητες μέτρησης του αερίου επίσης. Οι νόμοι των αερίων διέπουν τις κύριες σχέσεις μεταξύ των αερίων και άλλων ιδιοτήτων όπως ο όγκος, η πίεση κ.λπ., επομένως είναι εξαιρετικά σημαντικό να τους κατανοήσουμε πριν μελετήσουμε την καθολική σταθερά αερίου.

Εκτός από αυτό, για να έχετε μια σαφή ιδέα σχετικά με το θέμα, μπορείτε επίσης να μελετήσετε τις γενικές σημειώσεις σταθερών αερίων.