กฎหมายก๊าซทั่วไป: สูตรการใช้งานและแบบฝึกหัด - เคมี - 2025

กฎทั่วไปของก๊าซเป็นผลมาจากการรวมกฎหมายของ Boyle-Mariotte กฎของ Charles และกฎหมายของ Gay-Lussac ในความเป็นจริงกฎหมายทั้งสามฉบับนี้ถือได้ว่าเป็นกรณีเฉพาะของกฎหมายก๊าซทั่วไป ในทางกลับกันกฎหมายก๊าซทั่วไปถือได้ว่าเป็นข้อกำหนดเฉพาะของกฎหมายก๊าซในอุดมคติ

กฎหมายก๊าซทั่วไปกำหนดความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรความดันและอุณหภูมิของก๊าซ ด้วยวิธีนี้เขายืนยันว่าให้ก๊าซผลคูณของความดันโดยปริมาตรที่มันถูกหารด้วยอุณหภูมิที่พบจะคงที่เสมอ

ก๊าซมีอยู่ในกระบวนการต่างๆตามธรรมชาติและในการใช้งานที่หลากหลายทั้งในอุตสาหกรรมและในชีวิตประจำวัน ดังนั้นจึงไม่น่าแปลกใจที่กฎหมายทั่วไปเกี่ยวกับก๊าซมีการใช้งานที่หลากหลายและหลากหลาย

ตัวอย่างเช่นกฎหมายนี้ช่วยให้สามารถอธิบายการทำงานของอุปกรณ์กลไกต่างๆเช่นเครื่องปรับอากาศและตู้เย็นการทำงานของบอลลูนลมร้อนและยังสามารถใช้เพื่ออธิบายกระบวนการก่อตัวของเมฆ

สูตร

การกำหนดทางคณิตศาสตร์ของกฎหมายมีดังนี้:

P ∙ V / T = K

ในนิพจน์นี้ P คือความดัน T แทนอุณหภูมิ (เป็นองศาเคลวิน) V คือปริมาตรของก๊าซและ K แทนค่าคงที่

นิพจน์ก่อนหน้านี้สามารถแทนที่ได้ด้วยสิ่งต่อไปนี้:

P ₁ ∙ V ₁ / T ₁ = P ₂ ∙ V ₂ / T ₂

สมการสุดท้ายนี้มีประโยชน์มากในการศึกษาการเปลี่ยนแปลงของก๊าซเมื่อมีการปรับเปลี่ยนตัวแปรอุณหพลศาสตร์หนึ่งหรือสองตัว (ความดันอุณหภูมิและปริมาตร)

กฎหมายของ Boyle-Mariotte กฎหมายของ Charles และกฎหมายของ Gay-Lussac

กฎแต่ละข้อข้างต้นเกี่ยวข้องกับตัวแปรทางอุณหพลศาสตร์สองตัวแปรในกรณีที่ตัวแปรที่สามคงที่

กฎของชาร์ลส์ระบุว่าปริมาตรและอุณหภูมิเป็นสัดส่วนโดยตรงตราบเท่าที่ความดันยังคงไม่เปลี่ยนแปลง นิพจน์ทางคณิตศาสตร์ของกฎนี้มีดังต่อไปนี้:

V = K ₂ ∙ T

ในส่วนของกฎของบอยล์กำหนดให้ความดันและปริมาตรมีความสัมพันธ์ผกผันซึ่งกันและกันเมื่ออุณหภูมิยังคงที่ กฎของบอยล์สรุปทางคณิตศาสตร์ได้ดังนี้:

P ∙ V = K ₁

สุดท้ายกฎหมายของ Gay-Lussac ระบุว่าอุณหภูมิและความดันเป็นสัดส่วนโดยตรงสำหรับกรณีที่ปริมาตรของก๊าซไม่แตกต่างกัน ในทางคณิตศาสตร์กฎหมายแสดงดังนี้:

P = K ₃ ∙ T

ในนิพจน์นี้ K ₁ , K ₂และ K ₃แทนค่าคงที่ต่างกัน

กฎหมายก๊าซในอุดมคติ

กฎทั่วไปของก๊าซสามารถหาได้จากกฎของก๊าซในอุดมคติ กฎของก๊าซในอุดมคติคือสมการสถานะของก๊าซในอุดมคติ

ก๊าซในอุดมคติคือก๊าซสมมุติที่ประกอบด้วยอนุภาคที่มีลักษณะเป็นจุด โมเลกุลของก๊าซเหล่านี้ไม่ได้ออกแรงโน้มถ่วงซึ่งกันและกันและการชนของพวกมันมีลักษณะยืดหยุ่นโดยสิ้นเชิง ด้วยวิธีนี้ค่าของพลังงานจลน์จะแปรผันตรงกับอุณหภูมิของมัน

ก๊าซจริงที่มีพฤติกรรมใกล้เคียงกับก๊าซในอุดมคติมากที่สุดคือก๊าซเชิงเดี่ยวที่ความกดดันต่ำและอุณหภูมิสูง

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์ของกฎก๊าซอุดมคติมีดังนี้:

P ∙ V = n ∙ R ∙ T

สมการนี้ n คือจำนวนโมลและ R คือค่าคงที่สากลของก๊าซในอุดมคติที่มีค่า 0.082 atm ∙ L / (mol ∙ K)

การประยุกต์ใช้งาน

ทั้งกฎหมายก๊าซทั่วไปและกฎหมาย Boyle-Mariotte, Charles และ Gay-Lussac สามารถพบได้ในปรากฏการณ์ทางกายภาพมากมาย ในทำนองเดียวกันพวกเขาทำหน้าที่อธิบายการทำงานของอุปกรณ์เชิงกลที่หลากหลายในชีวิตประจำวัน

ตัวอย่างเช่นในหม้ออัดแรงดันคุณสามารถปฏิบัติตามกฎของเกย์ลัสซัคได้ ในหม้อปริมาตรจะคงที่ดังนั้นหากอุณหภูมิของก๊าซที่สะสมอยู่ในหม้อเพิ่มขึ้นความดันภายในของหม้อก็จะเพิ่มขึ้นด้วย

อีกตัวอย่างที่น่าสนใจคือบอลลูนลมร้อน การดำเนินงานเป็นไปตามกฎหมายของ Charles Law เนื่องจากความดันบรรยากาศถือได้ว่าคงที่จริงสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อก๊าซที่เติมบอลลูนได้รับความร้อนก็คือปริมาตรที่บรรจุอยู่จะเพิ่มขึ้น ดังนั้นความหนาแน่นจึงลดลงและบอลลูนสามารถขึ้นไปได้

แบบฝึกหัดที่แก้ไข

ออกกำลังกายครั้งแรก

กำหนดอุณหภูมิสุดท้ายของก๊าซที่ความดันเริ่มต้น 3 บรรยากาศเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าจนกระทั่งถึงความดัน 6 บรรยากาศในขณะที่ลดปริมาตรจากปริมาตร 2 ลิตรเป็น 1 ลิตรโดยรู้ว่าอุณหภูมิเริ่มต้นของก๊าซคือ 208 25 ºK.

สารละลาย

การแทนที่ในนิพจน์ต่อไปนี้:

P ₁ ∙ V ₁ / T ₁ = P ₂ ∙ V ₂ / T ₂

คุณต้อง:

การแก้เราได้ T ₂ = 208.25 ºK

การออกกำลังกายครั้งที่สอง

ให้ก๊าซที่มีความดัน 600 มม. ปรอทโดยมีปริมาตร 670 มล. และที่อุณหภูมิ 100 ° C ให้กำหนดความดันที่ 473 ° K ถ้าที่อุณหภูมินั้นมีปริมาตร 1,500 มล.

สารละลาย

ก่อนอื่นขอแนะนำให้ (และโดยทั่วไปจำเป็น) แปลงข้อมูลทั้งหมดให้เป็นหน่วยของระบบสากล ดังนั้นคุณต้อง:

P ₁ = 600/760 = 0.789473684 atm ประมาณ 0.79 atm

V ₁ = 0.67 ล

T ₁ = 373 ºK

ป₂ =?

V ₂ = 1.5 ล

T ₂ = 473 ºK

การแทนที่ในนิพจน์ต่อไปนี้:

P ₁ ∙ V ₁ / T ₁ = P ₂ ∙ V ₂ / T ₂

คุณต้อง:

0.79 ∙ 0.67 / 373 = P ₂ ∙ 1.5 / 473

การแก้ปัญหาสำหรับ P ₂เราได้รับ:

P ₂ = 0.484210526 ประมาณ 0.48 atm

อ้างอิง

1. สเคียเวลโล, มาริโอ; Vicente Ribes, Leonardo Palmisano (2003). พื้นฐานเคมี. Barcelona: บรรณาธิการ Ariel, SA
2. เลเดอร์คี ธ เจ (2536) สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดเอ็ด. โลกแห่งเคมีเชิงกายภาพ
3. กฎหมายก๊าซทั่วไป (ND) บน Wikipedia สืบค้นเมื่อวันที่ 8 พฤษภาคม 2018 จาก es.wikipedia.org.
4. กฎหมายแก๊ส (ND) ในวิกิพีเดีย. สืบค้นเมื่อวันที่ 8 พฤษภาคม 2018 จาก en.wikipedia.org.
5. ซุมดาห์ลสตีเวนเอส (1998) หลักการทางเคมี บริษัท Houghton Mifflin