Газът е състояние на материята без определена форма или обем. Газове имат свое уникално поведение в зависимост от различни променливи, като температура, налягане и обем. Докато всеки газ е различен, всички газове действат по подобен въпрос. Това ръководство за изследване подчертава концепциите и законите, отнасящи се до химията на газовете.
Налягането е a мярка на количеството сила на единица площ. Налягането на газ е количеството сила, която газът упражнява върху повърхност в обема си. Газовете с високо налягане проявяват по-голяма сила, отколкото газът с ниско налягане.
Най- SI единица налягане е паскалът (символ Pa). Паскалът е равен на силата от 1 нютон на квадратен метър. Това устройство не е много полезно при работа с газове в реални условия, но е стандарт, който може да бъде измерен и възпроизведен. С течение на времето са се развили много други агрегати за налягане, най-вече се занимават с газа, който сме най-познати: въздух. Проблемът с въздуха, налягането не е постоянно. Налягането на въздуха зависи от надморската височина и много други фактори. Много единици за налягане първоначално се основаваха на средно налягане на въздуха на морско равнище, но станаха стандартизирани.
Температурата е свойство на материята, свързано с количеството енергия на съставните частици.
Разработени са няколко температурни скали за измерване на това количество енергия, но стандартната скала SI е Температурна скала на Келвин. Две други общи температурни скали са Фаренгейт (° F) и Целзий (° C).
Най- Келвин скала е абсолютна температурна скала и се използва в почти всички изчисления за газ. Важно е при работа с газови проблеми да се преобразува показанията на температурата до Келвин.
Формули за преобразуване между температурните скали:
К = ° С + 273,15
° C = 5/9 (° F - 32)
° F = 9/5 ° C + 32
STP означава стандартна температура и налягане. Той се отнася до условията при 1 атмосфера на налягане при 273 К (0 ° С). STP обикновено се използва при изчисления, свързани с плътността на газовете или в други случаи, включващи стандартни държавни условия.
В STP, мол от идеален газ ще заеме обем 22,4 L.
Законът на Далтън заявява, че общото налягане на смес от газове е равно на сбора от всички отделни налягания на съставните газове.
Pобща сума = PГаз 1 + PГаз 2 + PГаз 3 + ...
Известно е индивидуалното налягане на компонентния газ като парциалното налягане на газа. Частичното налягане се изчислява по формулата
Pаз = XазPобща сума
където
Pаз = частично налягане на отделния газ
Pобща сума = общо налягане
хаз = молна част от отделния газ
Молната фракция, Xаз, се изчислява чрез разделяне на броя молове на отделния газ на общия брой молове на смесения газ.
Законът на Авогадро заявява, че обемът на газ е пряко пропорционален на броя на бенките на газ, когато налягането и температурата останат постоянни. По принцип: Газът има обем. Добавете още газ, газът заема по-голям обем, ако налягането и температурата не се променят.
V = kn
където
V = обем k = константа n = брой молове
Законът на Авогадро също може да се изрази като
Vаз/наз = Vе/не
където
Vаз и Vе са начален и краен обем
наз и nе са начален и краен брой бенки
Законът за газта на Бойл заявява, че обемът на газ е обратно пропорционален на налягането, когато температурата се поддържа постоянна.
P = k / V
където
P = налягане
k = константа
V = обем
Законът на Бойл също може да се изрази като
PазVаз = PеVе
където Pаз и Pе са първоначалното и крайното налягане Vаз и Vе са първоначалното и крайното налягане
С увеличаване на обема, налягането намалява или с намаляване на обема, налягането ще се увеличава.
Законът за газта на Чарлз заявява, че обемът на газ е пропорционален на неговата абсолютна температура, когато налягането се поддържа постоянно.
V = kT
където
V = обем
k = константа
Т = абсолютна температура
Законът на Чарлз също може да се изрази като
Vаз/Tаз = Vе/Tаз
където Vаз и Vе са началният и крайният обем
Tаз и Те са началните и крайните абсолютни температури
Ако налягането се поддържа постоянно и температурата се увеличава, обемът на газа ще се увеличи. Докато газът се охлажда, обемът ще намалее.
човек-Законът за газ на Лусак посочва, че налягането на газ е пропорционално на неговата абсолютна температура, когато обемът се поддържа постоянен.
P = kT
където
P = налягане
k = константа
Т = абсолютна температура
Законът на Гай-Лусак също може да се изрази като
Pаз/Tаз = Pе/Tаз
където Pаз и Pе са първоначалното и крайното налягане
Tаз и Те са началните и крайните абсолютни температури
Ако температурата се повиши, налягането на газа ще се увеличи, ако обемът се поддържа постоянен. Докато газът се охлажда, налягането ще намалее.
Законът за идеалния газ, също известен като комбинирания закон за газа, е комбинация от всички променливи в предходните газови закони. Най- закон за идеалния газ се изразява чрез формулата
PV = nRT
където
P = налягане
V = обем
n = брой бенки на газ
R = идеална постоянна газ
Т = абсолютна температура
Стойността на R зависи от единиците налягане, обем и температура.
R = 0,0821 литър · атм / мол · К (P = атм, V = L и Т = К)
R = 8,3145 J / mol · K (Налягане x Обемът е енергия, T = K)
R = 8,2057 m3· Atm / mol · K (P = atm, V = кубически метра и T = K)
R = 62,3637 L · Torr / mol · K или L · mmHg / mol · K (P = torr или mmHg, V = L и T = K)
Законът за идеалния газ работи добре за газовете при нормални условия. Неблагоприятните условия включват високо налягане и много ниски температури.
Законът за идеалния газ е добро приближение за поведението на реалните газове. Стойностите, предвидени от закона за идеалния газ, обикновено са в рамките на 5% от измерените стойности на реалния свят. Законът за идеалния газ се проваля, когато налягането на газа е много високо или температурата е много ниска. Уравнението на ван дер Ваал съдържа две модификации на закона за идеалния газ и се използва за по-подробно прогнозиране на поведението на реалните газове.
Уравнението на ван дер Ваалс е
(P + an2/ V2) (V - nb) = nRT
където
P = налягане
V = обем
a = постоянна корекция на налягането, уникална за газа
b = постоянна корекция на обема, уникална за газа
n = броят бенки на газ
Т = абсолютна температура
Уравнението на ван дер Ваал включва корекция на налягането и обема, за да се вземат предвид взаимодействията между молекулите. За разлика от идеалните газове, отделните частици на истински газ имат взаимодействие помежду си и имат определен обем. Тъй като всеки газ е различен, всеки газ има свои корекции или стойности за a и b в уравнението на ван дер Ваалс.