En gas är ett tillstånd av materia utan definierad form eller volym. gaser har sitt eget unika beteende beroende på en mängd olika variabler, såsom temperatur, tryck och volym. Medan varje gas är annorlunda, verkar alla gaser i en liknande fråga. Denna studieguide belyser begrepp och lagar som handlar om gasens kemi.
Trycket är a mätning av mängden kraft per enhetsarea. Trycket på en gas är mängden kraft som gasen utövar på en yta inom dess volym. Gaser med högt tryck utövar mer kraft än gas med lågt tryck.
De SI tryckenhet är pascal (symbol Pa). Pascal är lika med kraften på 1 newton per kvadratmeter. Denna enhet är inte särskilt användbar vid hantering av gaser i verkliga förhållanden, men det är en standard som kan mätas och reproduceras. Många andra tryckenheter har utvecklats över tid, främst handlar om gasen vi är mest bekanta med: luft. Problemet med luft, trycket är inte konstant. Lufttrycket beror på höjden över havet och många andra faktorer. Många enheter för tryck baserades ursprungligen på ett genomsnittligt lufttryck vid havsnivån, men har blivit standardiserade.
Temperatur är en egenskap av materia relaterad till mängden energi i komponentpartiklarna.
Flera temperaturskalor har utvecklats för att mäta denna mängd energi, men SI-standardskalan är Kelvin temperaturskala. Två andra vanliga temperaturskalor är skalorna Fahrenheit (° F) och Celsius (° C).
De Kelvin skala är en absolut temperaturskala och används i nästan alla gasberäkningar. Det är viktigt när man arbetar med gasproblem att konvertera temperaturavläsningarna till Kelvin.
Konverteringsformler mellan temperaturskalor:
K = ° C + 273,15
° C = 5/9 (° F - 32)
° F = 9/5 ° C + 32
STP betyder standardtemperatur och tryck. Den hänvisar till förhållandena vid 1 tryckatmosfär vid 273 K (0 ° C). STP används vanligtvis i beräkningar som är involverade med tätheten av gaser eller i andra fall där standardtillstånd.
Vid STP kommer en mol av en ideal gas att uppta en volym på 22,4 L.
Daltons lag anger att det totala trycket för en blandning av gaser är lika med summan av alla individuella tryck för komponentgaserna enbart.
Ptotal = PGas 1 + PGas 2 + PGas 3 + ...
Komponentgasens individuella tryck är känt som deltrycket av gasen. Partiellt tryck beräknas med formeln
Pjag = XjagPtotal
var
Pjag = partiellt tryck för den enskilda gasen
Ptotal = totalt tryck
Xjag = molfraktion av den individuella gasen
Molfraktionen, Xjag, beräknas genom att dividera antalet mol av den enskilda gasen med det totala antalet mol av den blandade gasen.
Avogadros lag anger att gasens volym är direkt proportionell mot antalet mol gas när tryck och temperatur förblir konstant. I grund och botten: Gas har volym. Tillsätt mer gas, gas tar upp mer volym om tryck och temperatur inte förändras.
V = kn
var
V = volym k = konstant n = antal mol
Avogadros lag kan också uttryckas som
Vjag/ njag = Vf/ nf
var
Vjag och Vf är initiala och slutliga volymer
njag och nf är initialt och slutligt antal mol
Boyle's gaslag anger att gasens volym är omvänt proportionell mot trycket när temperaturen hålls konstant.
P = k / V
var
P = tryck
k = konstant
V = volym
Boyle lag kan också uttryckas som
PjagVjag = PfVf
där Pjag och Pf är det initiala och det sista trycket Vjag och Vf är det initiala och det sista trycket
När volymen ökar, trycket minskar eller när volymen minskar, kommer trycket att öka.
Charles gaslag anger att gasens volym är proportionell mot dess absoluta temperatur när trycket hålls konstant.
V = kT
var
V = volym
k = konstant
T = absolut temperatur
Charles lag kan också uttryckas som
Vjag/ Tjag = Vf/ Tjag
där Vjag och Vf är de initiala och sista volymerna
Tjag och tf är de initiala och slutliga absoluta temperaturerna
Om trycket hålls konstant och temperaturen ökar, kommer gasens volym att öka. När gasen svalnar kommer volymen att minska.
Kille-Lussacs gaslag anger att gasens tryck är proportionellt mot dess absoluta temperatur när volymen hålls konstant.
P = kT
var
P = tryck
k = konstant
T = absolut temperatur
Guy-Lussacs lag kan också uttryckas som
Pjag/ Tjag = Pf/ Tjag
där Pjag och Pf är det initiala och det sista trycket
Tjag och tf är de initiala och slutliga absoluta temperaturerna
Om temperaturen stiger kommer gastrycket att öka om volymen hålls konstant. När gasen svalnar kommer trycket att minska.
Den ideala gaslagen, också känd som den kombinerade gaslagen, är en kombination av alla variabler i de tidigare gaslagarna. De ideal gaslag uttrycks med formeln
PV = nRT
var
P = tryck
V = volym
n = antal mol gas
R = idealisk gaskonstant
T = absolut temperatur
Värdet på R beror på enheterna för tryck, volym och temperatur.
R = 0,0821 liter · atm / mol · K (P = atm, V = L och T = K)
R = 8,3145 J / mol · K (Tryck x Volym är energi, T = K)
R = 8,2057 m3· Atm / mol · K (P = atm, V = kubikmeter och T = K)
R = 62,3637 L · Torr / mol · K eller L · mmHg / mol · K (P = torr eller mmHg, V = L och T = K)
Den ideala gaslagen fungerar bra för gaser under normala förhållanden. Ofördelaktiga förhållanden inkluderar högt tryck och mycket låga temperaturer.
Den ideala gaslagen är en bra tillnärmning för verkliga gasers beteende. Värdena som förutses av den ideala gaslagen ligger vanligtvis inom 5% av de uppmätta värdena i verklig värld. Den ideala gaslagen misslyckas när gastrycket är mycket högt eller temperaturen är mycket låg. Van der Waals-ekvationen innehåller två modifieringar av den ideala gaslagen och används för att närmare förutsäga verkliga gasers beteende.
Van der Waals-ekvationen är
(P + an2/ V2) (V - nb) = nRT
var
P = tryck
V = volym
a = tryckkorrigeringskonstant som är unik för gasen
b = Volymkorrigeringskonstant unik för gasen
n = antalet mol gas
T = absolut temperatur
Van der Waals-ekvationen inkluderar en tryck- och volymkorrigering för att ta hänsyn till interaktioner mellan molekyler. Till skillnad från ideala gaser har de enskilda partiklarna av en verklig gas interaktioner med varandra och har en bestämd volym. Eftersom varje gas är annorlunda har varje gas sina egna korrigeringar eller värden för a och b i van der Waals-ekvationen.