Ghid de studiu chimie pentru gaze

Un gaz este o stare a materiei fără o formă sau volum definit. gaze au propriul comportament unic în funcție de o varietate de variabile, cum ar fi temperatura, presiunea și volumul. În timp ce fiecare gaz este diferit, toate gazele acționează într-o chestiune similară. Acest ghid de studiu evidențiază conceptele și legile care se referă la chimia gazelor.

Presiunea este a măsură de cantitatea de forță pe suprafață unitară. Presiunea unui gaz este cantitatea de forță pe care o exercită gazul pe o suprafață în volumul său. Gazele cu presiune ridicată exercită mai multă forță decât gazul cu presiune scăzută.
SI unitatea de presiune este pascalul (Simbol Pa). Pascalul este egal cu forța de 1 newton pe metru pătrat. Această unitate nu este foarte utilă atunci când aveți de-a face cu gazele în condiții reale, dar este un standard care poate fi măsurat și reprodus. Multe alte unități de presiune s-au dezvoltat de-a lungul timpului, în mare parte ocupându-se de gazul cu care suntem mai familiari: aerul. Problema cu aerul, presiunea nu este constantă. Presiunea aerului depinde de altitudinea deasupra nivelului mării și de mulți alți factori. Multe unități pentru presiune au fost inițial bazate pe o presiune medie a aerului la nivelul mării, dar au fost standardizate.

Temperatura este o proprietate a materiei legată de cantitatea de energie a particulelor componente.
Au fost dezvoltate mai multe scale de temperatură pentru a măsura această cantitate de energie, dar scara standard SI este Scară de temperatură Kelvin. Alte două scale comune de temperatură sunt scalele Fahrenheit (° F) și Celsius (° C).
Scara Kelvin este o scală de temperatură absolută și folosită în aproape toate calculele de gaz. Este important atunci când lucrați cu probleme de gaze pentru a converti citirile de temperatură lui Kelvin.
Formule de conversie între scalele de temperatură:
K = ° C + 273,15
° C = 5/9 (° F - 32)
° F = 9/5 ° C + 32

STP înseamnă temperatura standard și presiune. Se referă la condițiile la 1 atmosferă de presiune la 273 K (0 ° C). STP este frecvent utilizat în calculele implicate cu densitatea gazelor sau în alte cazuri care implică condiții standard de stat.
La STP, o molă dintr-un gaz ideal va ocupa un volum de 22,4 L.

Legea lui Dalton afirmă că presiunea totală a unui amestec de gaze este egală cu suma tuturor presiunilor individuale ale gazelor componente.
P_total = P_{Gaz 1} + P_{Gaz 2} + P_{Gaz 3} + ...
Presiunea individuală a gazului component este cunoscută ca presiune parțială a gazului. Presiunea parțială este calculată după formulă
P_eu = X_euP_total
Unde
P_eu = presiunea parțială a gazului individual
P_total = presiunea totală
X_eu = fracția molă din gazul individual
Fracția de aluniță, X_eu, se calculează prin împărțirea numărului de moli din gazul individual la numărul total de alunițe ale gazului mixt.

Legea lui Avogadro afirmă că volumul unui gaz este direct proporțional cu numărul de alunițe de gaz când presiunea și temperatura rămân constante. Practic: gazul are volum. Adăugați mai mult gaz, gazul preia mai mult volum dacă presiunea și temperatura nu se modifică.
V = kn
Unde
V = volumul k = constanta n = numărul de alunițe
Legea lui Avogadro poate fi exprimată și ca
V_eu/ n_eu = V_f/ n_f
Unde
V_eu și V_f sunt volume inițiale și finale
n_eu si n_f sunt numărul inițial și final de alunițe

Legea gazelor lui Boyle afirmă că volumul unui gaz este invers proporțional cu presiunea atunci când temperatura este menținută constantă.
P = k / V
Unde
P = presiune
k = constantă
V = volum
Legea lui Boyle poate fi exprimată și ca
P_euV_eu = P_fV_f
unde P_eu și P_f sunt presiunile inițiale și finale V_eu și V_f sunt presiunile inițiale și finale
Pe măsură ce volumul crește, presiunea scade sau pe măsură ce volumul scade, presiunea va crește.

Legea gazelor lui Charles afirmă că volumul unui gaz este proporțional cu temperatura sa absolută atunci când presiunea este menținută constantă.
V = kT
Unde
V = volum
k = constantă
T = temperatura absolută
Legea lui Charles poate fi exprimată și ca:
V_eu/ T_eu = V_f/ T_eu
unde V_eu și V_f sunt volumele inițiale și finale
T_eu Si t_f sunt temperaturile absolute inițiale și finale
Dacă presiunea este menținută constantă și temperatura crește, volumul gazului va crește. Pe măsură ce gazul se răcește, volumul va scădea.

Tip-Legea gazelor lui Lussac afirmă că presiunea unui gaz este proporțională cu temperatura sa absolută atunci când volumul este menținut constant.
P = kT
Unde
P = presiune
k = constantă
T = temperatura absolută
Legea lui Guy-Lussac poate fi exprimată și ca
P_eu/ T_eu = P_f/ T_eu
unde P_eu și P_f sunt presiunile inițiale și finale
T_eu Si t_f sunt temperaturile absolute inițiale și finale
Dacă temperatura crește, presiunea gazului va crește dacă volumul este menținut constant. Pe măsură ce gazul se răcește, presiunea va scădea.

Legea gazului ideal, cunoscută și ea ca legea gazelor combinate, este o combinație între toate variabilele din legile anterioare privind gazele. legea gazului ideal se exprimă prin formulă
PV = nRT
Unde
P = presiune
V = volum
n = numărul de moli de gaze
R = constantă de gaz ideală
T = temperatura absolută
Valoarea lui R depinde de unitățile de presiune, volum și temperatură.
R = 0,0821 litri · atm / mol · K (P = atm, V = L și T = K)
R = 8.3145 J / mol · K (Presiunea x Volumul este energie, T = K)
R = 8,2057 m³· Atm / mol · K (P = atm, V = metri cubi și T = K)
R = 62.3637 L · Torr / mol · K sau L · mmHg / mol · K (P = torr sau mmHg, V = L și T = K)
Legea ideală asupra gazelor funcționează bine pentru gazele în condiții normale. Condițiile nefavorabile includ presiuni ridicate și temperaturi foarte scăzute.

Legea gazelor ideale este o bună aproximare pentru comportamentul gazelor reale. Valorile prezise de legea ideală a gazelor se situează, de regulă, la 5% din valorile lumii reale măsurate. Legea ideală a gazului eșuează atunci când presiunea gazului este foarte ridicată sau temperatura este foarte scăzută. Ecuația van der Waals conține două modificări ale legii gazelor ideale și este utilizată pentru a prezice mai îndeaproape comportamentul gazelor reale.
Ecuația van der Waals este
(P + an²/ V²) (V - nb) = nRT
Unde
P = presiune
V = volum
a = constanta de corectare a presiunii unică gazului
b = constanta de corectare a volumului unică gazului
n = numărul de moli de gaze
T = temperatura absolută
Ecuația van der Waals include o corecție a presiunii și a volumului pentru a ține cont de interacțiunile dintre molecule. Spre deosebire de gazele ideale, particulele individuale ale unui gaz real au interacțiuni între ele și au un volum definit. Deoarece fiecare gaz este diferit, fiecare gaz are propriile corecții sau valori pentru a și b în ecuația van der Waals.