Закон про ідеальний газ

Формула закону про ідеальний газ

Закон про ідеальний газ або досконалий газовий закон представляє змішаний взаємозв'язок між тиском, об'ємом і температурою газів для вивчення фізичних властивостей молекули газу у фізиці або хімії. Отже, рівняння ідеального газу, що врівноважує ці змінні стану через універсальну газову константу (R). Ідеальну або досконалу формулу газового закону можна використовувати для обчислення значення тиску, об’єму, температури, дифузії або випоту, концентрації та кількості молекул газу в одиниці об’єму або щільності. Закон Бойля в 1662 р., Чарльза в 1787 р. І закон Авогадро дають загальну формулу виведення рівняння ідеального або ідеального газу, а кінетична теорія газу забезпечує властивості ідеальних газів.

Чотири термодинамічні змінні в газових законах для ідеальних або досконалих газів - це тиск, об’єм, температура та моль. Деякі з них залежать від маси системи, тоді як інші не залежать від маси. У термодинаміці властивість, пропорційну масі системи, називається інтенсивною властивістю. Властивість системи, яка незалежно від маси системи називається інтенсивною властивістю. У законі ідеального газу обсяг є інтенсивною властивістю, але температура, тиск є великими властивостями при виведенні термодинаміки.

Виведення формули закону ідеального газу

Закон Бойлза V ∝ 1/T, коли n і T постійні. Закон Чарльза, V ∝ T, коли n і P постійні. Закон Авогадро, V ∝ n, коли P і T постійні. Коли враховано всі змінні газових законів, ми знаходимо математичний вираз рівняння закону ідеального газу, PV = nRT, де R = універсальна газова постійна.

Отже, закон ідеального газу визначає залежність між тиском, об’ємом, температурою та складом газів. Але рівняння виявилося найбільш задовільним, коли тиск низький або напружений до нуля. При звичайній температурі та тиску виявлено, що рівняння відхиляється приблизно на 5%. Тому реальний газ або газ Ван дер Ваальса підпорядковується закону ідеального газу лише при низьких тисках і дуже високих температурах.

Універсальна постійна величина газу

Універсальні постійні значення одиниці та розміру можна розрахувати за законом ідеального газу, PV = nRT. При NTP 1 моль гази при тиску в 1 атмосфері займали 22,4 л об'єму. Отже, з рівняння ідеального газу R = PV/nT = (1 атм × 22,4 літра)/(1 моль × 273 К) = 0,082 літра атм моль -1 K -1 .

Значення універсальної газової константи в CGS-одиниці

В одиницях CGS тиск = 1 атм = 76 × 13,6 × 981 дин см -2 та об’єм = 22,4 літра = 22,4 × 103 см 3. Отже, покладаючи значення P, V, T та n у закон ідеального газу, ми маємо універсальну газову константу (R) = (7,6 × 13,6 × 981 × 22,4 × 10 3)/(1 × 273) = 8,314 × 10 7 дин см 2 моль -1 К -1 = 8,314 × 10 7 ерг моль -1 К -1, де дин см 2 = ерг.

Значення універсальної газової константи в одиницях СІ

Значення універсальної константи (R) у CGS-системі = 8,314 × 10 7 ерг моль -1 K -1. Але 1 Дж = 10 7 ерг. Отже, універсальна постійна в одиницях СІ = 8,314 Дж моль -1 К -1. Походить від специфічного теплового відношення, 4,18 Дж = 1 калорія. Тому універсальна газова постійна з рівняння закону ідеального газу = (8,314/4,18) кал моль -1 К -1 = 1,987 калорій мо л-1 К -1 ≃ 2 калорій моль -1 К -1 .

Значення закону про ідеальний газ

Для n мольних ідеальних газів PV = nRT або R = PV/nT. Отже, одиниця універсальної газової константи = (одиниця тиску × одиниця об’єму)/(кількість молекули газу × одиниця температури). Тут одиниця тиску = сила довжини -2 і об’єму = довжина 3. Отже, одиниця R = (сила × довжина)/(кількість молекули газу × одиниця температури), де сила × довжина = робота або енергія.

Отже, із загального визначення рівняння закону ідеального газу при вивченні хімії або фізики R = енергія на моль на кельвін або кількість роботи чи енергії, яку можна отримати від одного моля газів, коли його температура підвищується на один кельвін.

Формула ідеальної щільності газу

Закон ідеального газу для n моль, PV = nRT = (g/M) × RT, де g = вага в грамах, M = молярна маса. Отже, P = dRT/M, де d = щільність = g/V. Отже, із формули закону ідеального газу, яка використовується для з’ясування щільності газоподібних хімічних елементів у науці за відомою молярною масою змішаних газів.

Проблема: Щільність аміаку при тиску в 5 атмосферах і температурі 30 ° C 3,42 гм, освітлена -1. Як ми можемо розрахувати молярну масу аміаку з рівняння ідеального газу?

Відповідь: Молярна маса (M) = dRT/P Отже, молекулярна маса аміаку, MNH3 = (3,42 × 0,082 × 303)/5 = 16,99 г моль-1≃ 17 г моль -1 .

Кількість молекул на одиницю об’єму

PV = nRT = (N/N0) × RT
де N = кількість присутніх молекул газу
N0 = число Авогадро = 6,023 × 10 23

∴ P = (N/V) × (R/N0) × T = N′KT
де N ′ = кількість молекул в одиниці об’єму.
k = постійна Больцмана = R/N₀
= 1,38 × 10 -16 молекул ерг -1 К -1

Проблема: Оцініть за рівнянням ідеального газу, кількість газоподібних молекул, що залишилися в обсязі 1 миль-літр, якщо вона відкачується, щоб отримати вакуум 7,6 × 10⁻³ мм рт.ст. при 0 ° C.

Рішення: Об'єм (V) = 1 мл = 10 -6 дм 3, Тиск (P) = 7,6 × 10 -3 мм рт.ст. = 1,01235 × 10 -3 кПа. Отже, кількість молекул газу, N ’= (1,01235 × 10 -3)/(1,38 × 10 -9 × 273) = 2,68 × 10 -11 .

Тиск змішаних газів

Припускаючи ідеальну поведінку або дотримуючись закону ідеального газу, щоб з’ясувати змішаний тиск, який чинять 2 г органічних вуглеводнів, таких як метан, і 3 г молекул вуглекислого газу в посудині ємністю 5 л при 50 ° C.

nCH4 = 2/16 = 0,125
nCO2 = 3/44 = 0,082
Загальна кількість молей (n1 + n2) = (0,125 + 0,082)
= 0,1932
∴ Загальна сума = (0,1932 × 0,082 × 323)/5 атм
= 5,30 атм

Отже, загальний тиск змішаних молекул ідеального газу може бути отриманий із закону ідеального газу та використовується для розрахунку змішаного тиску для різних газів, таких як кисень, азот, вуглекислий газ, вуглеводень тощо.