Zákony o plynu - Gas laws

The zákony o plynu byly vyvinuty na konci 18. století, kdy si vědci začali uvědomovat, že vztahy mezi nimi tlak, objem a teplota vzorku plyn bylo možné získat aproximaci všech plynů.

Boyleův zákon

V roce 1662 Robert Boyle studoval vztah mezi objemem a tlakem plynu stálého množství při konstantní teplotě. Zjistil, že objem dané hmotnosti plynu je nepřímo úměrný jeho tlaku při konstantní teplotě. Boyleův zákon, publikovaný v roce 1662, uvádí, že při konstantní teplotě je produkt tlaku a objemu dané hmotnosti plynu ideální plyn v uzavřeném systému je vždy konstantní. Lze jej experimentálně ověřit pomocí tlakoměru a nádoby s proměnným objemem. Lze ji také odvodit z kinetické teorie plynů: pokud objem nádoby se stálým počtem molekul sníží, narazí na danou oblast po stranách nádoby více molekul za jednotku času, což způsobí větší tlak .

Prohlášení o Boyleově zákoně je následující:

Objem dané hmotnosti plynu nepřímo souvisí s tlakem, když je teplota konstantní.

Koncept lze vyjádřit pomocí těchto vzorců:

${ displaystyle V propto { frac {1} {P}}}$, což znamená "Objem je nepřímo úměrný tlaku", nebo

${ displaystyle P propto { frac {1} {V}}}$, což znamená "Tlak je nepřímo úměrný objemu", nebo

${ displaystyle PV = k_ {1}}$nebo

${ displaystyle P_ {1} V_ {1} = P_ {2} V_ {2} ,}$

kde P je tlak a PROTI je objem plynu a k₁ je konstanta v této rovnici (a není stejná jako konstanty proporcionality v ostatních rovnicích v tomto článku).

Charlesův zákon

Charlesův zákon nebo svazkové právo našel v roce 1787 Jacques Charles. Uvádí, že pro danou hmotnost ideálního plynu při konstantním tlaku je objem přímo úměrný jeho absolutní teplota, za předpokladu v uzavřeném systému.

Charlesův zákon říká: objem (V) dané hmotnosti plynu při konstantním tlaku (P) je přímo úměrný jeho teplotě (T). Jako matematická rovnice je Charlesův zákon psán buď jako :

${ displaystyle V propto T ,}$nebo

${ displaystyle V / T = k_ {2}}$nebo

${ displaystyle V_ {1} / T_ {1} = V_ {2} / T_ {2}}$,

kde "PROTI" je objem plynu, „T“ je absolutní teplota a k₂ je konstanta proporcionality (která není stejná jako konstanty proporcionality v ostatních rovnicích v tomto článku).

Gay-Lussacův zákon

Gay-Lussacův zákon, Amontonsův zákon nebo nátlakový zákon nalezl Joseph Louis Gay-Lussac v roce 1808. Uvádí, že pro danou hmotnost a konstantní objem ideálního plynu je tlak vyvíjený po stranách jeho nádoby přímo úměrný jeho absolutní teplota.

Jako matematická rovnice je Gay-Lussacův zákon napsán buď jako:

${ displaystyle P propto T ,}$nebo

${ displaystyle P / T = k}$nebo

${ displaystyle P_ {1} / T_ {1} = P_ {2} / T_ {2}}$,

kde P je tlak, T je absolutní teplota a k je další konstanta proporcionality.

Avogadrov zákon

Avogadrův zákon (předpokládaný v roce 1811) říká, že objem obsazený ideálním plynem je přímo úměrný počtu molekul plynu přítomných v nádobě. To vede k molární objem plynu, který v STP (273,15 K, 1 atm) je asi 22,4 L. Vztah je dán vztahem

${ displaystyle { frac {V_ {1}} {n_ {1}}} = { frac {V_ {2}} {n_ {2}}} ,}$

kde n se rovná počtu molekul plynu (nebo počtu molů plynu).

Kombinované a ideální zákony o plynu

Vztahy mezi Boyle, Charles, Gay-Lussac, Avogadro, kombinovaný a zákony o ideálním plynu, s Boltzmannova konstanta k_B = R/N_A = n R./N  (v každém zákoně, vlastnosti v kroužku jsou proměnné a vlastnosti, které nejsou v kroužku, jsou konstantní

The Zákon o kombinovaném plynu nebo Obecná plynová rovnice se získá kombinací Boylova zákona, Charlesova zákona a zákona Gay-Lussaca. Ukazuje vztah mezi tlakem, objemem a teplotou pro pevnou hmotnost (množství) plynu:

${ displaystyle PV = k_ {5} T ,}$

To lze také zapsat jako:

${ displaystyle qquad { frac {P_ {1} V_ {1}} {T_ {1}}} = { frac {P_ {2} V_ {2}} {T_ {2}}}}$

S přidáním Avogadrov zákon, zákon o kombinovaném plynu se vyvine do zákon o ideálním plynu:

${ displaystyle PV = nRT ,}$

kde

P je tlak

PROTI je objem

n je počet krtků

R je univerzální plynová konstanta

T je teplota (K)

kde konstanta proporcionality, nyní pojmenovaná R, je univerzální plynová konstanta s hodnotou 8,3144598 (kPa ∙ L) / (mol ∙ K). Ekvivalentní formulace tohoto zákona je:

${ displaystyle PV = NkT ,}$

kde

P je tlak

PROTI je objem

N je počet molekul plynu

k je Boltzmannova konstanta (1.381×10⁻²³ J · K⁻¹ v jednotkách SI)

T je teplota (K)

Tyto rovnice jsou přesné pouze pro ideální plyn, který zanedbává různé mezimolekulární účinky (viz skutečný plyn ). Zákon ideálního plynu je však dobrou aproximací pro většinu plynů za mírného tlaku a teploty.

Tento zákon má následující důležité důsledky:

1. Pokud jsou teplota a tlak udržovány konstantní, pak je objem plynu přímo úměrný počtu molekul plynu.
2. Pokud teplota a objem zůstávají konstantní, pak je tlak plynu změněn přímo úměrně počtu přítomných molekul plynu.
3. Pokud počet molekul plynu a teplota zůstávají konstantní, pak je tlak nepřímo úměrný objemu.
4. Pokud se teplota změní a počet molekul plynu se udržuje konstantní, pak se buď tlak nebo objem (nebo obojí) změní přímo úměrně teplotě.

Další zákony o plynu

Grahamův zákon

uvádí, že rychlost, jakou molekuly plynu šířit je nepřímo úměrný druhé odmocnině hustoty plynu při konstantní teplotě. V kombinaci s Avogadrovým zákonem (tj. Protože stejné objemy mají stejný počet molekul) je to stejné jako nepřímo úměrné kořenu molekulové hmotnosti.

Daltonův zákon z parciální tlaky

uvádí, že tlak směsi plynů je jednoduše součtem parciální tlaky jednotlivých komponent. Daltonův zákon je následující:

${ displaystyle P _ { rm {total}} = P_ {1} + P_ {2} + P_ {3} + ... + P_ {n} equiv sum _ {i = 1} ^ {n} P_ {i} ,}$,

a všechny složkové plyny a směs mají stejnou teplotu a objem

kde P_Celkový je celkový tlak plynné směsi

P_i je parciální tlak nebo tlak složkového plynu při daném objemu a teplotě.

Amagatův zákon z dílčí objemy

uvádí, že objem směsi plynů (nebo objem nádoby) je jednoduše součtem dílčích objemů jednotlivých složek. Amagatův zákon je následující:

${ displaystyle V _ { rm {total}} = V_ {1} + V_ {2} + V_ {3} + ... + V_ {n} equiv sum _ {i = 1} ^ {n} V_ {i} ,}$,

a všechny složkové plyny a směs mají stejnou teplotu a tlak

kde PROTI_Celkový je celkový objem směsi plynů nebo objem nádoby,

PROTI_i je částečný objem nebo objem složkového plynu při daném tlaku a teplotě.

Henryho zákon

tvrdí, že Při konstantní teplotě je množství daného plynu rozpuštěného v daném typu a objemu kapaliny přímo úměrné částečný tlak toho plynu v rovnováze s touto kapalinou.

${ displaystyle p = k _ { rm {H}} , c}$

Zákon o skutečném plynu

formuloval Johannes Diderik van der Waals (1873).

Reference

• Castka, Joseph F .; Metcalfe, H. Clark; Davis, Raymond E .; Williams, John E. (2002). Moderní chemie. Holt, Rinehart a Winston. ISBN  0-03-056537-5.
• Guch, Ian (2003). The Complete Idiot's Guide to Chemistry. Alpha, Penguin Group Inc. ISBN  1-59257-101-8.
• Zumdahl, Steven S (1998). Chemické principy. Společnost Houghton Mifflin. ISBN  0-395-83995-5.

externí odkazy

• Média související s Zákony o plynu na Wikimedia Commons