Gāzu mācību rokasgrāmata

Ķīmijas mācību rokasgrāmata gāzēm

Gāze ir vielas stāvoklis bez noteiktas formas vai tilpuma. gāzes ir sava unikālā uzvedība atkarībā no dažādiem mainīgajiem lielumiem, piemēram, temperatūras, spiediena un tilpuma. Lai gan katra gāze ir atšķirīga, visas gāzes darbojas līdzīgā jautājumā. Šajā mācību rokasgrāmatā ir izcelti jēdzieni un likumi, kas attiecas uz gāzu ķīmiju.

Gāzes īpašības

Gāzes balons. Pols Teilors, Getty Images

Gāze ir a vielas stāvoklis . Daļiņas, kas veido gāzi, var būt dažādas no atsevišķiem atomiem uz sarežģītas molekulas . Daža cita vispārīga informācija par gāzēm:

• Gāzes iegūst tvertnes formu un tilpumu.
• Gāzēm ir mazāks blīvums nekā to cietajai vai šķidrajai fāzei.
• Gāzes ir vieglāk saspiestas nekā to cietās vai šķidrās fāzes.
• Gāzes pilnībā un vienmērīgi sajaucas, ja tās ir vienāda tilpuma.
• Visi VIII grupas elementi ir gāzes. Šīs gāzes ir pazīstamas kā cēlgāzes .
• Elementi, kas istabas temperatūrā un normālā spiedienā ir gāzes, ir visi nemetāli .

Spiediens

Spiediens ir a mērs spēka daudzums uz laukuma vienību. Gāzes spiediens ir spēka daudzums, ko gāze iedarbojas uz virsmu tās tilpumā. Augsta spiediena gāzēm ir lielāks spēks nekā gāzei ar zemu spiedienu.
The JĀ spiediena mērvienība ir paskāls (simbols Pa). Paskāls ir vienāds ar spēku 1 ņūtons uz kvadrātmetru. Šī ierīce nav īpaši noderīga, strādājot ar gāzēm reālos apstākļos, taču tas ir standarts, ko var izmērīt un reproducēt. Laika gaitā ir attīstījušās daudzas citas spiediena vienības, galvenokārt nodarbojas ar mums vislabāk pazīstamo gāzi: gaisu. Problēma ar gaisu, spiediens nav nemainīgs. Gaisa spiediens ir atkarīgs no augstuma virs jūras līmeņa un daudziem citiem faktoriem. Daudzas spiediena vienības sākotnēji tika balstītas uz vidējo gaisa spiedienu jūras līmenī, taču tās ir kļuvušas standartizētas.

Temperatūra

Temperatūra ir matērijas īpašība, kas saistīta ar sastāvdaļu daļiņu enerģijas daudzumu.
Šī enerģijas daudzuma mērīšanai ir izstrādātas vairākas temperatūras skalas, bet SI standarta skala ir Kelvina temperatūras skala . Divas citas izplatītas temperatūras skalas ir Fārenheita (°F) un Celsija (°C) skalas.
The Kelvina skala ir absolūta temperatūras skala un tiek izmantota gandrīz visos gāzes aprēķinos. Strādājot ar gāzes problēmām, ir svarīgi pārveidot temperatūras rādījumus uz Kelvinu.
Pārrēķina formulas starp temperatūras skalām:
K = °C + 273,15
°C = 5/9 (°F - 32)
°F = 9/5 °C + 32

STP - standarta temperatūra un spiediens

STP nozīmē standarta temperatūra un spiedienu. Tas attiecas uz apstākļiem 1 atmosfēras spiedienā pie 273 K (0 °C). STP parasti izmanto aprēķinos, kas saistīti ar gāzu blīvumu vai citos gadījumos, kas saistīti standarta valsts nosacījumi .
STP ideālās gāzes mols aizņems 22,4 litrus.

Daltona daļēja spiediena likums

Daltona likums norāda, ka gāzu maisījuma kopējais spiediens ir vienāds ar visu komponentu gāzu atsevišķo spiedienu summu.
P_Kopā= P_{Gāze 1}+ P_{Gāze 2}+ P_{Gāze 3}+...
Ir zināms komponenta gāzes individuālais spiediens kā daļējais spiediens no gāzes. Parciālo spiedienu aprēķina pēc formulas
P_i= X_iP_Kopā
kur
P_i= atsevišķas gāzes daļējais spiediens
P_Kopā= kopējais spiediens
X_i= atsevišķas gāzes mola daļa
Molu daļa, X_i, aprēķina, dalot atsevišķās gāzes molu skaitu ar jauktās gāzes molu kopējo skaitu.

Avogadro gāzes likums

Avogadro likums norāda, ka gāzes tilpums ir tieši proporcionāls molu skaits gāzes, kad spiediens un temperatūra paliek nemainīgi. Būtībā: gāzei ir tilpums. Pievienojiet vairāk gāzes, gāze aizņem lielāku tilpumu, ja spiediens un temperatūra nemainās.
V = kn
kur
V = tilpums k = konstante n = molu skaits
Avogadro likumu var izteikt arī kā
IN_i/n_i= V_f/n_f
kur
IN_iun V_fir sākotnējais un pēdējais apjoms
n_iun n_fir sākotnējais un galīgais dzimumzīmju skaits

Boila gāzes likums

Boila gāzes likums norāda, ka gāzes tilpums ir apgriezti proporcionāls spiedienam, kad temperatūra tiek uzturēta nemainīga.
P = k/V
kur
P = spiediens
k = konstante
V = tilpums
Boila likumu var izteikt arī kā
P_iIN_i= P_fIN_f
kur P_iun P_fir sākotnējais un galīgais spiediens V_iun V_fir sākotnējais un pēdējais spiediens
Palielinoties tilpumam, spiediens samazinās vai, tilpumam samazinoties, spiediens palielināsies.

Kārļa gāzes likums

Čārlza gāzes likums norāda, ka gāzes tilpums ir proporcionāls tās absolūtajai temperatūrai, ja spiediens tiek uzturēts nemainīgs.
V = kT
kur
V = tilpums
k = konstante
T = absolūtā temperatūra
Kārļa likumu var izteikt arī kā
IN_i/T_i= V_f/T_i
kur V_iun V_fir sākotnējais un pēdējais sējums
T_iun T_fir sākotnējā un beigu absolūtā temperatūra
Ja spiediens tiek uzturēts nemainīgs un temperatūra paaugstinās, gāzes tilpums palielinās. Gāzei atdziestot, tilpums samazināsies.

Gaja-Lusaka gāzes likums

Puisis -Lusaka gāzes likums norāda, ka gāzes spiediens ir proporcionāls tās absolūtajai temperatūrai, ja tilpums tiek uzturēts nemainīgs.
P = kT
kur
P = spiediens
k = konstante
T = absolūtā temperatūra
Gaja-Lusaka likumu var izteikt arī kā
P_i/T_i= P_f/T_i
kur P_iun P_fir sākotnējais un pēdējais spiediens
T_iun T_fir sākotnējā un beigu absolūtā temperatūra
Ja temperatūra paaugstinās, gāzes spiediens palielināsies, ja tilpums paliek nemainīgs. Gāzei atdziestot, spiediens samazināsies.

Ideālā gāzes likums vai kombinētās gāzes likums

Ideālās gāzes likums, zināms arī kā kombinētais gāzes likums , ir visu to kombinācija mainīgie lielumi iepriekšējos gāzes likumos . The ideālās gāzes likums tiek izteikts ar formulu
PV = nRT
kur
P = spiediens
V = tilpums
n = gāzes molu skaits
R = ideālā gāzes konstante
T = absolūtā temperatūra
R vērtība ir atkarīga no spiediena, tilpuma un temperatūras vienībām.
R = 0,0821 litrs·atm/mol·K (P = atm, V = L un T = K)
R = 8,3145 J/mol·K (spiediens x tilpums ir enerģija, T = K)
R = 8,2057 m³·atm/mol·K (P = atm, V = kubikmetri un T = K)
R = 62,3637 L·Torr/mol·K vai L·mmHg/mol·K (P = torr vai mmHg, V = L un T = K)
Ideālais gāzes likums labi darbojas gāzēm normālos apstākļos. Nelabvēlīgi apstākļi ir augsts spiediens un ļoti zema temperatūra.

Gāzu kinētiskā teorija

Gāzu kinētiskā teorija ir modelis, lai izskaidrotu ideālas gāzes īpašības. Modelis izdara četrus pamata pieņēmumus:

1. Tiek pieņemts, ka atsevišķo daļiņu tilpums, kas veido gāzi, ir niecīgs, salīdzinot ar gāzes tilpumu.
2. Daļiņas pastāvīgi atrodas kustībā. Sadursmes starp daļiņām un tvertnes malām izraisa gāzes spiedienu.
3. Atsevišķas gāzes daļiņas viena uz otru neiedarbojas.
4. Gāzes vidējā kinētiskā enerģija ir tieši proporcionāla gāzes absolūtajai temperatūrai. Gāzēm gāzu maisījumā noteiktā temperatūrā būs tāda pati vidējā kinētiskā enerģija.

Gāzes vidējo kinētisko enerģiju izsaka ar formulu:
KE_ave= 3RT/2
kur
KE_ave= vidējā kinētiskā enerģija R = ideālās gāzes konstante
T = absolūtā temperatūra
The vidējais ātrums vai atsevišķu gāzes daļiņu vidējo kvadrātveida ātrumu var atrast, izmantojot formulu
iekšā_rms= [3RT/M]^1/2
kur
iekšā_rms= vidējais vai saknes vidējais kvadrātveida ātrums
R = ideālās gāzes konstante
T = absolūtā temperatūra
M = molārā masa

Gāzes blīvums

The ideālās gāzes blīvums var aprēķināt, izmantojot formulu
ρ = PM/RT
kur
ρ = blīvums
P = spiediens
M = molārā masa
R = ideāla gāzes konstante
T = absolūtā temperatūra

Grehema difūzijas un izplūšanas likums

Grehema likums atates difūzijas ātrums vai gāzes izplūde ir apgriezti proporcionāla gāzes molārās masas kvadrātsaknei.
r(M)^1/2= nemainīgs
kur
r = difūzijas vai izsvīduma ātrums
M = molārā masa
Divu gāzu ātrumu var salīdzināt savā starpā izmantojot formulu
r₁/r_divi= (M_divi)^1/2/(M₁)^1/2

Karaliskās gāzes

Ideālās gāzes likums ir labs reālu gāzu uzvedības tuvinājums. Ideālās gāzes likumā paredzētās vērtības parasti ir 5% robežās no izmērītajām reālās pasaules vērtībām. Ideāls gāzes likums neizdodas, ja gāzes spiediens ir ļoti augsts vai temperatūra ir ļoti zema. Van der Vālsa vienādojums satur divas ideālās gāzes likuma modifikācijas, un to izmanto, lai precīzāk prognozētu reālo gāzu uzvedību.
Van der Vālsa vienādojums ir
(P + an^divi/IN^divi)(V - nb) = nRT
kur
P = spiediens
V = tilpums
a = gāzei unikāla spiediena korekcijas konstante
b = tilpuma korekcijas konstante, kas ir unikāla gāzei
n = gāzes molu skaits
T = absolūtā temperatūra
Van der Vālsa vienādojums ietver spiediena un tilpuma korekciju, lai ņemtu vērā mijiedarbību starp molekulām. Atšķirībā no ideālajām gāzēm, reālās gāzes atsevišķām daļiņām ir savstarpēja mijiedarbība un noteikts tilpums. Tā kā katra gāze ir atšķirīga, katrai gāzei ir savas korekcijas vai vērtības a un b van der Vālsa vienādojumā.

Prakses darba lapa un tests

Pārbaudi, ko esi iemācījies. Izmēģiniet šīs drukājamās gāzes likumu darblapas:
Gāzes likumu darblapa
Gāzes likumu darblapa ar atbildēm
Gāzes likumu darblapa ar atbildēm un parādītajiem darbiem
Ir arī a gāzes tiesību prakses tests ar atbildēm pieejams.