- สูตรและหน่วย
- กฎหมาย Boyle-Mariotte
- กฎหมาย Charles-Gay-Lussac
- กฎหมายของ Avogadro
- กฎหมายก๊าซในอุดมคติระบุว่าอย่างไร?
- การประยุกต์ใช้งาน
- การคำนวณความหนาแน่นและมวลโมลาร์ของก๊าซ
- การคำนวณปริมาตรของก๊าซที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมี
- การคำนวณความดันบางส่วนของก๊าซที่มีอยู่ในส่วนผสม
- ปริมาณก๊าซที่เก็บในน้ำ
- ตัวอย่างการคำนวณ
- แบบฝึกหัด 1
- แบบฝึกหัด 2
- แบบฝึกหัด 3
- แบบฝึกหัด 4
- อ้างอิง
แก๊สอุดมคติกฎหมายเป็นสมการของรัฐที่อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างการทำงานของรัฐที่เกี่ยวข้องกับก๊าซที่เหมาะ; เช่นอุณหภูมิความดันปริมาตรและจำนวนโมล กฎหมายนี้อนุญาตให้ศึกษาระบบก๊าซจริงโดยเปรียบเทียบกับเวอร์ชันที่เหมาะ
ก๊าซในอุดมคติคือก๊าซเชิงทฤษฎีซึ่งประกอบด้วยจุดหรืออนุภาคทรงกลมที่เคลื่อนที่แบบสุ่ม ด้วยพลังงานจลน์สูงซึ่งปฏิสัมพันธ์เพียงอย่างเดียวระหว่างพวกมันคือแรงกระแทกที่ยืดหยุ่นอย่างสมบูรณ์ นอกจากนี้ยังปฏิบัติตามกฎหมายก๊าซในอุดมคติ

กฎหมายก๊าซในอุดมคติช่วยให้สามารถศึกษาและทำความเข้าใจเกี่ยวกับระบบก๊าซจริงได้หลายประการ ที่มา: pxhere.
ที่ความดันและอุณหภูมิมาตรฐาน (STP): ความดัน 1 atm และอุณหภูมิ 0 ºCก๊าซจริงส่วนใหญ่มีพฤติกรรมเป็นก๊าซในอุดมคติ ตราบใดที่ความหนาแน่นต่ำ ระยะห่างระหว่างโมเลกุลหรือระหว่างโมเลกุลขนาดใหญ่ (สำหรับก๊าซมีตระกูล) ช่วยในการประมาณดังกล่าว
ภายใต้สภาวะ STP ออกซิเจนไนโตรเจนไฮโดรเจนก๊าซมีตระกูลและก๊าซบางชนิดในรูปสารประกอบเช่นคาร์บอนไดออกไซด์จะมีพฤติกรรมเหมือนก๊าซในอุดมคติ
แบบจำลองก๊าซในอุดมคติมีแนวโน้มที่จะล้มเหลวที่อุณหภูมิต่ำความกดดันสูงและความหนาแน่นของอนุภาคสูง เมื่อปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลและขนาดของอนุภาคกลายเป็นสิ่งสำคัญ
กฎหมายก๊าซในอุดมคติเป็นองค์ประกอบของกฎหมายก๊าซสามฉบับ ได้แก่ กฎของ Boyle และ Mariotte กฎของ Charles และ Gay-Lussac และกฎของ Avogadro
สูตรและหน่วย

กฎก๊าซแสดงทางคณิตศาสตร์ด้วยสูตร:
PV = nRT
โดยที่ P คือความดันที่กระทำโดยก๊าซ โดยปกติจะแสดงด้วยหน่วยของบรรยากาศ (atm) แม้ว่าจะสามารถแสดงเป็นหน่วยอื่นได้: mmHg, pascal, bar เป็นต้น
ปริมาตร V ที่ครอบครองโดยก๊าซมักแสดงเป็นหน่วยลิตร (L) ในขณะที่ n คือจำนวนโมล R คือค่าคงที่ของก๊าซสากลและ T อุณหภูมิที่แสดงเป็นเคลวิน (K)
การแสดงออกที่ใช้มากที่สุดในก๊าซสำหรับ R เท่ากับ 0.08206 L ·ตู้เอทีเอ็ม· K -1 · mol -1 แม้ว่าหน่วย SI สำหรับแก๊สคงมีมูลค่า 8.3145 J · mol -1 · K -1 ทั้งสองอย่างใช้ได้ตราบเท่าที่คุณระมัดระวังกับหน่วยของตัวแปรอื่น ๆ (P, T และ V)
กฎของก๊าซในอุดมคติคือการผสมผสานระหว่างกฎหมายของ Boyle-Mariotte กฎของ Charles-Gay-Lussac และกฎของ Avogadro
กฎหมาย Boyle-Mariotte

เพิ่มความดันโดยการลดปริมาตรของภาชนะ ที่มา: Gabriel Bolívar
ได้รับการกำหนดสูตรโดยนักฟิสิกส์ Robert Boyle (1662) และนักฟิสิกส์และนักพฤกษศาสตร์ Edme Mariotte (1676) กฎหมายระบุไว้ดังนี้ที่อุณหภูมิคงที่ปริมาตรของมวลคงที่ของก๊าซจะแปรผกผันกับความดันที่กระทำ
PV ∝ k
โดยใช้เครื่องหมายจุดคู่:
P 1 V 1 = P 2 V 2
กฎหมาย Charles-Gay-Lussac

โคมไฟจีนหรือลูกโป่งปรารถนา ที่มา: pxhere.
กฎหมายดังกล่าวได้รับการตีพิมพ์โดย Gay-Lussac ในปี 1803 แต่อ้างถึงผลงานที่ไม่ได้เผยแพร่โดย Jacques Charles (1787) ด้วยเหตุนี้กฎหมายจึงเรียกว่ากฎของชาร์ลส์
กฎหมายระบุว่าที่ความดันคงที่มีความสัมพันธ์โดยตรงของสัดส่วนระหว่างปริมาตรที่ครอบครองโดยก๊าซกับอุณหภูมิ
V ∝ k 2 T
โดยใช้เครื่องหมายจุดคู่:
V 1 / T 1 = V 2 / T 2
V 1 T 2 = V 2 T 1
กฎหมายของ Avogadro
กฎหมายได้รับการบัญญัติโดย Amadeo Avogadro ในปีพ. ศ. 2354 โดยชี้ให้เห็นว่าปริมาณก๊าซทั้งหมดเท่ากันที่ความดันและอุณหภูมิเดียวกันมีจำนวนโมเลกุลเท่ากัน
V 1 / n 1 = V 2 / n 2
กฎหมายก๊าซในอุดมคติระบุว่าอย่างไร?
กฎของก๊าซในอุดมคติกำหนดความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติทางกายภาพอิสระสี่ประการของก๊าซ ได้แก่ ความดันปริมาตรอุณหภูมิและปริมาณของก๊าซ มันเพียงพอแล้วสำหรับการรู้คุณค่าของพวกเขาสามคนเพื่อให้ได้มาซึ่งหนึ่งในส่วนที่เหลือ
กฎหมายกำหนดเงื่อนไขที่ระบุว่าเมื่อใดที่ก๊าซมีพฤติกรรมตามอุดมคติและเมื่อใดที่มันเคลื่อนออกไปจากพฤติกรรมนี้
ตัวอย่างเช่นสิ่งที่เรียกว่าปัจจัยการบีบอัด (PV / nRT) มีค่า 1 สำหรับก๊าซในอุดมคติ การออกจากค่า 1 สำหรับปัจจัยการบีบอัดแสดงว่าพฤติกรรมของก๊าซอยู่ไกลจากที่แสดงโดยก๊าซในอุดมคติ
ดังนั้นความผิดพลาดจะเกิดขึ้นเมื่อใช้สมการของก๊าซในอุดมคติกับก๊าซที่ไม่ทำงานตามแบบจำลอง
การประยุกต์ใช้งาน
การคำนวณความหนาแน่นและมวลโมลาร์ของก๊าซ
สมการกฎของแก๊สในอุดมคติสามารถใช้เพื่อคำนวณความหนาแน่นของก๊าซและมวลโมลาร์ได้ ด้วยการปรับเปลี่ยนอย่างง่ายสามารถพบนิพจน์ทางคณิตศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับความหนาแน่น (d) ของก๊าซกับมวลโมลาร์ (M):
d = MP / RT
และการล้าง M:
M = dRT / P
การคำนวณปริมาตรของก๊าซที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมี
Stoichiometry เป็นสาขาของเคมีที่เกี่ยวข้องกับปริมาณของสารตั้งต้นแต่ละชนิดที่มีอยู่กับผลิตภัณฑ์ที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมีโดยทั่วไปจะแสดงเป็นโมล
การใช้สมการของก๊าซในอุดมคติช่วยให้สามารถกำหนดปริมาตรของก๊าซที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมีได้ เนื่องจากจำนวนโมลสามารถหาได้จากปฏิกิริยาเคมี จากนั้นสามารถคำนวณปริมาตรของก๊าซได้:
PV = nRT
V = nRT / P
โดยการวัด V สามารถกำหนดผลผลิตหรือความคืบหน้าของปฏิกิริยาดังกล่าวได้ เมื่อไม่มีก๊าซอีกแสดงว่ารีเอเจนต์หมดลงอย่างสมบูรณ์
การคำนวณความดันบางส่วนของก๊าซที่มีอยู่ในส่วนผสม
กฎของก๊าซในอุดมคติสามารถใช้ร่วมกับกฎความดันบางส่วนของดาลตันเพื่อคำนวณความกดดันบางส่วนของก๊าซต่างๆที่มีอยู่ในส่วนผสมของก๊าซ
ความสัมพันธ์ใช้:
P = nRT / V
เพื่อหาความดันของก๊าซแต่ละชนิดที่มีอยู่ในส่วนผสม
ปริมาณก๊าซที่เก็บในน้ำ
ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นซึ่งก่อให้เกิดก๊าซซึ่งเก็บรวบรวมโดยการออกแบบการทดลองในน้ำ ทราบความดันก๊าซรวมบวกความดันไอน้ำ ค่าของหลังสามารถหาได้จากตารางและโดยการลบความดันก๊าซสามารถคำนวณได้
จากค่าสัมประสิทธิ์ของปฏิกิริยาเคมีสามารถหาจำนวนโมลของก๊าซได้และใช้ความสัมพันธ์:
V = nRT / P
คำนวณปริมาตรของก๊าซที่ผลิตได้
ตัวอย่างการคำนวณ
แบบฝึกหัด 1
ก๊าซมีความหนาแน่น 0.0847 g / L ที่ 17 ° C และความดัน 760 torr มวลโมลาร์ของมันคืออะไร? แก๊สคืออะไร?
เราเริ่มจากสมการ
M = dRT / P
ก่อนอื่นเราแปลงหน่วยของอุณหภูมิเป็นเคลวิน:
T = 17 ºC + 273.15 K = 290.15 K
และความดัน 760 torr สอดคล้องกับ 1 atm ตอนนี้คุณต้องแทนที่ค่าและแก้ปัญหา:
M = (0.0847 g / L) (0.08206 L atm K -1 mol -1 ) (290.15 K) / 1 atm
M = 2.016 กรัม / โมล
นี้มวลโมเลกุลอาจสอดคล้องกับสายพันธุ์เดียว: โมเลกุลไฮโดรเจนอะตอมสองอะตอม, H 2
แบบฝึกหัด 2
มวล 0.00553 กรัมของปรอท (Hg) ในเฟสก๊าซพบได้ในปริมาตร 520 L และที่อุณหภูมิ 507 K คำนวณความดันที่กระทำโดย Hg มวลโมลาร์ของ Hg คือ 200.59 g / mol
ปัญหาได้รับการแก้ไขโดยใช้สมการ:
PV = nRT
ข้อมูลเกี่ยวกับจำนวนโมลของ Hg ไม่ปรากฏ แต่สามารถหาได้โดยใช้มวลโมลาร์:
จำนวนโมลของ Hg = (0.00553 g of Hg) (1 โมล Hg / 200.59 g)
= 2,757 10 -5โมล
ตอนนี้เราต้องแก้สำหรับ P และแทนที่ค่า:
P = nRT / V
= (2,757 · 10 -5ตุ่น) (8206 · 10 -2 L ·ตู้เอทีเอ็ม· K -1 · mol -1 ) (507 K) / 520 L
= 2.2 10 -6 atm
แบบฝึกหัด 3
คำนวณความดันที่เกิดจากกรดไฮโดรคลอริกที่เกิดจากการทำปฏิกิริยาของก๊าซคลอรีน 4.8 กรัม (Cl 2 ) กับก๊าซไฮโดรเจน (H 2 ) ในปริมาตร 5.25 L และที่อุณหภูมิ 310 K มวลโมลาร์ ของ Cl 2คือ 70.9 g / mol
H 2 (g) + Cl 2 (g) → 2 HCl (g)
ปัญหาได้รับการแก้ไขโดยใช้สมการก๊าซในอุดมคติ แต่ปริมาณของ HCl จะแสดงเป็นกรัมไม่ใช่โมลดังนั้นการเปลี่ยนแปลงที่เหมาะสมจึงเสร็จสิ้น
โมลของ HCl = (4.8 g Cl 2 ) (1 mol ของ Cl 2 / 70.9 g Cl 2 ) (2 mol ของ HCl / 1 mol ของ Cl 2 )
= 0.135 โมลของ HCl
การใช้สมการกฎของก๊าซในอุดมคติ:
PV = nRT
P = nRT / V
= (0.135 โมลของ HCl) (0.08206 L atm K -1 mol -1 ) (310 K) / 5.25 L
= 0.65 atm
แบบฝึกหัด 4
ตัวอย่างสารประกอบก๊าซ 0.130 กรัมมีปริมาตร 140 มล. ที่อุณหภูมิ 70 ° C และความดัน 720 torr มวลโมลาร์ของมันคืออะไร?
ในการใช้สมการของก๊าซในอุดมคติจะต้องทำการเปลี่ยนแปลงหลายประการก่อน:
V = (140 มล.) (1 L / 1,000 มล.)
= 0.14 ล
การวัดปริมาตรเป็นลิตรตอนนี้เราต้องแสดงอุณหภูมิเป็นเคลวิน:
T = 70 ºC + 273.15 K = 243.15 K
และสุดท้ายเราต้องแปลงความดันเป็นหน่วยของบรรยากาศ:
P = (720 torr) (1 atm / 760 torr)
= 0.947 atm
ขั้นตอนแรกในการแก้ปัญหาคือการหาจำนวนโมลของสารประกอบ ด้วยเหตุนี้จึงใช้สมการก๊าซในอุดมคติและเราแก้ปัญหาสำหรับ n:
PV = nRT
n = PV / RT
= (0.947 atm) (0.14 L) / (0.08206 L atm K -1 mol -1 ) (243.15 K)
= 0.067 โมล
คุณจะต้องคำนวณมวลโมลาร์โดยหารกรัมด้วยโมลที่ได้รับ:
มวลโมลาร์ = กรัมของสารประกอบ / จำนวนโมล
= 0.130 g / 0.067 โมล
= 19.49 ก. / โมล
อ้างอิง
- Whitten, Davis, Peck & Stanley (2008) เคมี. (ฉบับที่ 8) CENGAGE การเรียนรู้
- อิราเอ็น. เลวีน. (2014) หลักฟิสิกส์เคมี. พิมพ์ครั้งที่หก. Mc Graw Hill
- Glasstone (1970) สนธิสัญญาเคมีกายภาพ. พิมพ์ครั้งที่สอง. Aguilar
- Mathews, CK, Van Holde, KE และ Ahern, KG (2002) ชีวเคมี. 3 คือ Edition ผู้จัดพิมพ์ Pearson Addison Wesley
- วิกิพีเดีย (2019) ก๊าซในอุดมคติ สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
- กองบรรณาธิการ. (2018) กฎหมายของ Boyle หรือกฎหมายของ Boyle-Mariotte - กฎหมายแก๊ส ดึงมาจาก: iquimicas.com
- เจสซี่อ. คีย์ (เอสเอฟ) กฎหมายก๊าซในอุดมคติและการใช้งานบางอย่าง ดึงมาจาก: opentextbc.ca
