ANGKOP NA BATAS NG GAS: PORMULA AT MGA YUNIT, APLIKASYON, HALIMBAWA - CHEMISTRY - 2025

Ang ideal na batas ng gas ay isang equation ng estado na naglalarawan ng isang relasyon sa pagitan ng mga pag-andar ng estado na nauugnay sa perpektong gas; tulad ng temperatura, presyon, dami, at bilang ng mga moles. Pinapayagan ng batas na ito ang pag-aaral ng mga tunay na sistema ng gas sa pamamagitan ng paghahambing sa kanila sa kanilang mga na-format na bersyon.

Ang isang mainam na gas ay isang teoretikal na gas, na binubuo ng punto o spherical particle na gumagalaw nang sapalaran; na may mataas na enerhiya na kinetic, kung saan ang tanging pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga ito ay ganap na nababanat na shocks. Bilang karagdagan, sumusunod sila sa perpektong batas sa gas.

Pinapayagan ng tamang batas ng gas ang pag-aaral at pag-unawa sa maraming mga tunay na sistema ng gas. Pinagmulan: Pxhere.

Sa karaniwang presyon at temperatura (STP): 1 atm ng presyon, at isang temperatura ng 0ºC, ang karamihan sa mga tunay na gas ay kumilos nang husay bilang mainam na mga gas; basta mababa ang kanilang mga density. Ang malalaking intermolecular o interatomic na mga distansya (para sa mga marangal na gas) ay pinadali ang gayong mga pagtataya.

Sa ilalim ng mga kondisyon ng STP, ang oxygen, nitrogen, hydrogen, marangal na gas, at ilang mga gas na compound, tulad ng carbon dioxide, ay kumikilos tulad ng isang mainam na gas.

Ang perpektong modelo ng gas ay may posibilidad na mabigo sa mababang temperatura, mataas na presyur, at mataas na mga butil ng butil; kapag ang mga intermolecular na pakikipag-ugnayan, pati na rin ang laki ng butil, ay mahalaga.

Ang perpektong batas sa gas ay isang komposisyon ng tatlong mga batas sa gas: Batas ni Boyle at Mariotte, batas ni Charles at Gay-Lussac, at batas ni Avogadro.

Pormula at mga yunit

Ang batas ng gas ay ipinahayag sa matematika sa formula:

PV = nRT

Kung saan ang P ay ang presyon na isinagawa ng isang gas. Karaniwan itong ipinahayag kasama ang yunit ng kapaligiran (atm), bagaman maaari itong ipahayag sa iba pang mga yunit: mmHg, pascal, bar, atbp.

Ang dami V na sinakop ng isang gas ay karaniwang ipinahayag sa mga yunit ng litro (L). Habang ang n ay ang bilang ng mga moles, R ang unibersal na gas palaging, at T ang temperatura na ipinahayag sa Kelvin (K).

Ang pinaka ginagamit na expression sa mga gas para sa R ​​ay katumbas ng 0.08206 L · atm · K ^-1 · mol ^-1 . Bagaman ang unit ng SI para sa pare-pareho ng gas ay may halaga na 8.3145 J · mol ^-1 · K ^-1 . Parehong may bisa hangga't maingat ka sa mga yunit ng iba pang mga variable (P, T at V).

Ang perpektong batas sa gas ay isang pagsasama ng batas ni Boyle-Mariotte, batas ni Charles-Gay-Lussac, at batas ni Avogadro.

Batas ng Boyle-Mariotte

Dagdagan ang presyon sa pamamagitan ng pagbabawas ng dami ng lalagyan. Pinagmulan: Gabriel Bolívar

Ito ay nabuo nang nakapag-iisa ng pisisista na si Robert Boyle (1662) at pisiko at botanist na si Edme Mariotte (1676). Ang batas ay nakasaad tulad ng sumusunod: sa pare-pareho ang temperatura, ang dami ng isang nakapirming masa ng isang gas ay pabalik-balik na proporsyonal sa presyon na inilalabas nito.

PV ∝ k

Sa pamamagitan ng paggamit ng isang colon:

P ₁ V ₁ = P ₂ V ₂

Batas sa Charles-Gay-Lussac

Mga lantern ng Intsik o nais na lobo. Pinagmulan: Pxhere.

Ang batas ay nai-publish ng Gay-Lussac noong 1803, ngunit ginawa itong sanggunian sa hindi nai-publish na gawa ni Jacques Charles (1787). Sa kadahilanang ito ang batas ay kilala bilang batas ni Charles.

Sinasabi ng batas na sa palaging presyon, mayroong isang direktang ugnayan ng proporsyonal sa pagitan ng lakas ng tunog na sinakop ng isang gas at temperatura nito.

V ∝ k ₂ T

Sa pamamagitan ng paggamit ng isang colon:

V ₁ / T ₁ = V ₂ / T ₂

V ₁ T ₂ = V ₂ T ₁

Batas ni Avogadro

Ang batas ay binigkas ni Amadeo Avogadro noong 1811, na itinuturo na ang pantay na dami ng lahat ng mga gas, sa parehong presyon at temperatura, ay may parehong bilang ng mga molekula.

V ₁ / n ₁ = V ₂ / n ₂

Ano ang kalagayan ng batas ng gasolina?

Ang ideal na batas ng gas ay nagtatatag ng isang ugnayan sa pagitan ng apat na independiyenteng pisikal na katangian ng gas: presyon, dami, temperatura, at dami ng gas. Ito ay sapat na sa pag-alam ng halaga ng tatlo sa kanila, upang makuha ang isa sa natitira.

Itinatag ng Batas ang mga kundisyon na nagpapahiwatig kung ang isang gas ay kumikilos ng perpektong, at kapag lumilipat ito sa pag-uugaling ito.

Halimbawa, ang tinatawag na factor ng compression (PV / nRT) ay may halaga ng 1 para sa mga ideal na gas. Ang isang pag-alis mula sa halaga ng 1 para sa salik ng compression ay nagpapahiwatig na ang pag-uugali ng gas ay malayo sa ipinakita ng isang perpektong gas.

Samakatuwid, ang isang pagkakamali ay gagawin kapag nag-aaplay ang perpektong equation ng gas sa isang gas na hindi kumilos ayon sa modelo.

Aplikasyon

Pagkalkula ng density at molar mass ng isang gas

Ang perpektong equation ng batas ng gas ay maaaring magamit upang makalkula ang density ng isang gas at ang molar mass nito. Sa pamamagitan ng paggawa ng isang simpleng pagbabago, ang isang ekspresyon sa matematika ay matatagpuan na may kaugnayan sa density (d) ng isang gas at ang molar mass (M):

d = MP / RT

At paglilinis M:

M = dRT / P

Pagkalkula ng dami ng isang gas na ginawa sa isang reaksyon ng kemikal

Ang Stoichiometry ay sangay ng kimika na nauugnay ang dami ng bawat isa sa mga reaksyong naroroon kasama ang mga produkto na nakikibahagi sa isang reaksyong kemikal, na karaniwang ipinapahayag sa mga mol.

Ang paggamit ng perpektong equation ng gas ay nagpapahintulot sa pagpapasiya ng dami ng isang gas na ginawa sa isang reaksyon ng kemikal; dahil ang bilang ng mga moles ay maaaring makuha mula sa reaksyon ng kemikal. Pagkatapos ang dami ng gas ay maaaring kalkulahin:

PV = nRT

V = nRT / P

Sa pamamagitan ng pagsukat V ang ani o pagsulong ng nasabing reaksyon ay maaaring matukoy. Kapag wala nang mga gas, ito ay isang indikasyon na ang mga reagents ay ganap na maubos.

Pagkalkula ng bahagyang mga presyon ng mga gas na naroroon sa isang halo

Ang Ideal Gas Law ay maaaring magamit, kasama ang bahagyang presyon ng batas ng Dalton, upang makalkula ang bahagyang panggigipit ng iba't ibang mga gas na naroroon sa isang halo ng gas.

Nalalapat ang ugnayan:

P = nRT / V

Upang mahanap ang presyon ng bawat isa sa mga gas na naroroon sa halo.

Dami ng mga gas na nakolekta sa tubig

Isinasagawa ang isang reaksyon na gumagawa ng isang gas, na kinokolekta sa pamamagitan ng isang eksperimentong disenyo sa tubig. Ang kabuuang presyon ng gas kasama ang presyon ng singaw ng tubig ay kilala. Ang halaga ng huli ay maaaring makuha sa isang talahanayan at sa pamamagitan ng pagbabawas ng presyon ng gas ay maaaring kalkulahin.

Mula sa stoichiometry ng reaksyon ng kemikal, ang bilang ng mga moles ng gas ay maaaring makuha, at ilapat ang kaugnayan:

V = nRT / P

Ang dami ng ginawa ng gas ay kinakalkula.

Mga halimbawa ng mga kalkulasyon

Ehersisyo 1

Ang isang gas ay may isang density ng 0.0847 g / L sa 17 ° C, at isang presyon ng 760 torr. Ano ang molar mass nito? Ano ang gas?

Nagsisimula kami mula sa equation

M = dRT / P

Una naming na-convert ang mga yunit ng temperatura sa kelvin:

T = 17 ºC + 273.15 K = 290.15 K

At ang presyon ng 760 torr ay tumutugma sa na 1 atm. Ngayon ay kailangan mo lamang kapalit ang mga halaga at malutas:

M = (0.0847 g / L) (0.08206 L atm K ^-1 mol ^-1 ) (290.15 K) / 1 atm

M = 2.016 g / mol

Ang masa ng molar na ito ay maaaring tumutugma sa isang solong species: ang diatomic molekulang hydrogen, H ₂ .

Mag-ehersisyo 2

Ang isang masa ng 0.00553 g ng mercury (Hg) sa phase ng gas ay matatagpuan sa dami ng 520 L, at sa temperatura na 507 K. Kalkulahin ang presyon na isinagawa ni Hg. Ang molar mass ng Hg ay 200.59 g / mol.

Malutas ang problema sa pamamagitan ng paggamit ng equation:

PV = nRT

Ang impormasyon tungkol sa bilang ng mga moles ng Hg ay hindi lilitaw; ngunit maaari silang makuha sa pamamagitan ng paggamit ng kanilang molar mass:

Bilang ng mga moles ng Hg = (0.00553 g ng Hg) (1 nunal Hg / 200.59 g)

= 2,757 10 ^-5 mol

Ngayon lang natin malulutas ang P at palitan ang mga halaga:

P = nRT / V

= (2,757 · 10 ^-5 moles) (8,206 · 10 ^-2 L · atm · K ^-1 · mol ^-1 ) (507 K) / 520 L

= 2.2 10 ^-6 atm

Mag-ehersisyo 3

Kalkulahin ang presyur na nabuo ng hydrochloric acid na ginawa ng reaksyon ng 4.8 g ng chlorine gas (Cl ₂ ) na may hydrogen gas (H ₂ ), sa isang dami ng 5.25 L, at sa temperatura na 310 K. Ang molar mass ng Cl ₂ ay 70.9 g / mol.

H _{2 (g)} + Cl _{2 (g)} → 2 HCl _(g)

Malutas ang problema sa pamamagitan ng paggamit ng perpektong equation ng gas. Ngunit ang halaga ng HCl ay ipinahayag sa gramo at hindi sa mga moles, kaya ang tamang pagbabagong-anyo ay tapos na.

Mga Mole ng HCl = (4.8 g Cl ₂ ) (1 mol ng Cl ₂ / 70.9 g Cl ₂ ) (2 mol ng HCl / 1 mol ng Cl ₂ )

= 0.135 moles ng HCl

Paglalapat ng perpektong equation ng batas ng gas:

PV = nRT

P = nRT / V

= (0.135 moles ng HCl) (0.08206 L atm K ^-1 mol ^-1 ) (310 K) / 5.25 L

= 0.65 atm

Ehersisyo 4

Ang isang halimbawang 0.130 g ng isang gas na tambalan ay sumasakop sa isang dami ng 140 ML sa temperatura na 70 ° C at isang presyon ng 720 torr. Ano ang molar mass nito?

Upang mailapat ang perpektong equation ng gas, maraming pagbabago ang dapat gawin muna:

V = (140 ML) (1 L / 1000 mL)

= 0.14 L

Ang pagkuha ng lakas ng tunog sa litro, dapat nating ipahayag ngayon ang temperatura sa kelvin:

T = 70 ºC + 273.15 K = 243.15 K

At sa wakas, dapat nating i-convert ang presyon sa mga yunit ng kapaligiran:

P = (720 torr) (1 atm / 760 torr)

= 0.947 atm

Ang unang hakbang sa paglutas ng problema ay upang makuha ang bilang ng mga moles ng compound. Para sa mga ito, ang perpektong gas equation ay ginagamit at malulutas namin para sa 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 mol

Kailangan mo lamang kalkulahin ang masa ng molar sa pamamagitan ng paghati sa gramo ng mga moles na nakuha:

Molar ng masa = gramo ng tambalan / bilang ng mga mol.

= 0.130 g / 0.067 mol

= 19.49 g / mol

Mga Sanggunian

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemistry. (Ika-8 ed.). CENGAGE Pag-aaral.
2. Ira N. Levine. (2014). Mga Prinsipyo ng Physicalicochemistry. Ika-anim na edisyon. Mc Graw Hill.
3. Glasstone. (1970). Pakikitungo sa pisikal na kimika. Ikalawang edisyon. Aguilar.
4. Mathews, CK, Van Holde, KE, at Ahern, KG (2002). Biochemistry. 3 ^ay Edition. Publisher na si Pearson Addison Wesley.
5. Wikipedia. (2019). Tamang gas. Nabawi mula sa: en.wikipedia.org
6. Pangkat ng Editoryal. (2018). Batas ni Boyle o batas ni Boyle-Mariotte - Mga batas sa gas. Nabawi mula sa: iquimicas.com
7. Jessie A. Key. (sf). Ang Ideal na Batas ng Gas at Ilang Mga Aplikasyon. Nabawi mula sa: opentextbc.ca