ガスの法則
ガスは、物質、固体、液体の他の二つの一般的に研究されている状態とは異なる動作をするので、我々はガスが特定の条件下でどのように振る舞うかを処理し、理解するための異なる方法を持っています。 気体は、固体や液体とは異なり、体積も形状も固定されていません。 それらは、それらが保持されている容器によって完全に成形される。 私たちはガスを測定するための3つの変数、圧力、体積、温度を持っています。 圧力は面積あたりの力として測定されます。 圧力の標準的なSI単位はパスカル(Pa)です。 しかし、気圧(atm)および他のいくつかのユニットが一般的に使用されています。 以下の表は、これらの単位間の変換を示しています。
圧力の単位 | |
---|---|
1パスカル(Pa) | 1N*m-2=1kg*m-1*s-2 |
1大気(atm) | 1.01325*105pa |
1大気(atm) | 760torr |
1バー | 105Pa |
ボリュームは、間に関連していますアボガドロの仮説によるすべてのガスは、以下のように述べています: 同じ温度および圧力のガスの等しい容積は分子の等しい数を含んでいます。 このことから、気体のモル体積(気体の体積/モル)を導出する。 この値は、1atmで、0° Cを以下に示します。
Vm= | n n n n n n |
=22.4lで0℃と1気圧 |
ここで:
Vm=モル体積、リットルで、ガスの一モルは、これらの条件下で占める体積
v=リットルで体積
n=ガスのモル
化学者は、以下に示す理想気体則を呼ここで、
p=atmでの圧力
T=ケルビンでの温度
Rはモルガス定数であり、R=0.082058L atm mol-1K-1である。
理想気体の法則は、気体の分子に関するいくつかの要因を前提としています。分子の体積は、それらが保持されている容器の体積と比較して無視できると考えられる。 また,気体分子はランダムに移動し,完全に弾性衝突で衝突すると仮定した。 したがって、分子間の引力および反発力は無視できると考えられる。
例問題:ガスは0.892気圧の圧力を5.00l容器内で15℃で発揮するガスの密度は1.22g/Lであるガスの分子量は何ですか?p>
5.00L |
x | 1 mol |
= 1.22 g/L |
また、理想気体の法則を使用して、圧力、温度、体積、および物質のモル数がシステムにどのように影響するかを定量的に決定 気体定数Rはどのような状況でもすべての気体で同じであるため、理想気体の法則でRを解いてから2つの気体の法則を互いに等しく設定すると、合:
n1T1 |
= | n2T2 |
添字が”1″の値は初期条件を参照してください
添字が”2″の値は最終条件を参照してください
システムの初期条件を知っていて、モル数と温度を同じに保ちながら体積を増やした後に新しい圧力を決定したい場合は、知っているすべての値を差し込み、未知の値を解くだけです。
例問題:25.0mLのガスサンプルを22℃のフラスコに封入します。フラスコを0℃の氷浴に入れた場合、圧力が一定に保たれていれば、新しいガス体積は
回答: | ||||||||||||
圧力とモル数は一定に保たれているため、それらの値がキャンセルされるため、式でそれらを表す必要はありません。 したがって、 結合されたガスの法則方程式は次のようになります: |
||||||||||||
|
||||||||||||
|
||||||||||||
v2=23.1ml |
いくつかの問題を解決するために理想気体の法則を適用することができます。 これまでのところ、我々は一つの物質、純粋なガスのガスのみを考慮してきました。 我々はまた、いくつかの物質が一つの容器に混合されたときに何が起こるかを理解しています。 ダルトンの分圧の法則によれば、いくつかの異なるガスによって容器に加えられる全圧力は、各ガスによって容器に加えられる圧力の合計に等しいこ
ここで、
Pt=全圧
p1=ガスの分圧”1″
P2=ガスの分圧”2″
など
理想気体の法則を使用して、1つのガスの圧力を全圧と比較すると、モル分率
Pt |
= | nt RT/V |
= | nt |
= X1 |
Where:
X1=ガスのモル分率”1″
そして、混合物中の各ガスの分圧がモル分率を乗じた全圧に等しいことを発見する。
P1= | nt
先に述べたように、ガスの形状は、ガスが保持されている容器によって完全に決定されます。 しかし、時には、容器に小さな穴や漏れがあることがあります。 分子は、滲出液と呼ばれるプロセスで、これらの漏れから流出します。大量の分子はより軽い分子よりも移動するため、滲出速度はそれぞれの気体に固有のものである。 二つの異なる分子に対する滲出速度の関係を表すためにGrahamの法則を用いた。 この関係は、それらの逆数の平方根に等しい二つの物質の分子量。
Where: r1=ガスの単位時間あたりの分子の滲出速度”1″ 以前は、理想気体、理想気体法則の仮定に適合するもののみを考えました。しかし、ガスは決して完全に理想的な状態にはありません。 すべてのガスのすべての原子は質量と体積を持っています。 圧力が低く、温度が低いとき、ガスは理想的な状態のガスと同様に振る舞う。 圧力と温度が上昇すると、ガスは理想的な状態から遠くに逸脱します。 新しい標準を想定し、これらの変更を説明するための新しい変数を考慮する必要があります。 理想的な条件に近くないagasをよりよく表すために使用される一般的な方程式は、以下に示すvan der Waals方程式です。
Where the van der Waals constants are: aは分子引力を占めます 下の表は、いくつかの異なる化合物および元素のaおよびbの値を示しています。Th> ヘリウム |
0.034598 |
0.023733 |
0.034598 |
0.023733 |
0.034598 |
0.034598 |
0.034598 |
0.034598 |
0.034598 |
0.034533 |
0.034598 |
0.034533 |
0.034598 |
0.034598 |
0.034533 |
水素 |
0.24646 |
0.026665 |
窒素 |
1.3661 |
0.038577 |
酸素 |
1.3820 |
0.031860 |
酸素 |
0.031860 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
酸素 | 0.031860 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
酸素 | 0.031860 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
酸素 | 0.03186 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ベンゼン | 18.876 | 0.11974 |
a)反応の終了時の圧力は何ですか?
b)温度が77℃に上昇した場合、同じ容器内の新しい圧力は何になりますか?理想気体の法則解。練習圧力問題:
酸素ガス1モルとアンモニア2モルを容器に入れ、式に従って850℃で反応させる:
a)容器内の全圧が5.00気圧の場合、残りの三つのガスの分圧は何ですか?
B)グラハムの法則を使用して、NH3(g)とO2(g)の滲出率の比は何ですか?
圧力溶液。
圧縮性と理想気体近似: An Online Interactive Tool