Gaz, tanımlanmış şekli veya hacmi olmayan bir madde durumudur. Gazlar sıcaklık, basınç ve hacim gibi çeşitli değişkenlere bağlı olarak kendine özgü davranışları vardır. Her gaz farklı olsa da, tüm gazlar benzer bir konuda hareket eder. Bu çalışma kılavuzu, gazların kimyası ile ilgili kavramları ve yasaları vurgulamaktadır.
Basınç bir ölçüsü birim alandaki kuvvet miktarı. Bir gazın basıncı, gazın kendi hacmi içindeki bir yüzeye uyguladığı kuvvet miktarıdır. Yüksek basınçlı gazlar düşük basınçlı gazdan daha fazla kuvvet uygular.
Sİ basınç birimi paskaldır (Sembol Pa). Paskal metrekare başına 1 newton gücüne eşittir. Bu ünite, gerçek dünya koşullarında gazlarla uğraşırken çok kullanışlı değildir, ancak ölçülebilen ve çoğaltılabilen bir standarttır. Diğer birçok basınç birimi zamanla gelişmiştir, çoğunlukla en çok aşina olduğumuz gazla ilgilidir: hava. Hava sorunu, basınç sabit değil. Hava basıncı deniz seviyesinden yüksekliğe ve diğer birçok faktöre bağlıdır. Birçok basınç birimi başlangıçta deniz seviyesindeki ortalama hava basıncına dayanıyordu, ancak standart hale geldi.
Sıcaklık, bileşen parçacıklarının enerji miktarı ile ilgili maddenin bir özelliğidir.
Bu enerji miktarını ölçmek için çeşitli sıcaklık ölçekleri geliştirilmiştir, ancak SI standart ölçeği Kelvin sıcaklık ölçeği. Diğer iki yaygın sıcaklık ölçeği Fahrenhayt (° F) ve Santigrat (° C) ölçekleridir.
Kelvin ölçeği mutlak bir sıcaklık ölçeğidir ve hemen hemen tüm gaz hesaplamalarında kullanılır. Dönüştürmek için gaz problemleriyle çalışırken önemlidir sıcaklık okumaları Kelvin.
Sıcaklık ölçekleri arasındaki dönüşüm formülleri:
K = ° C + 273.15
° C = 5/9 (° F - 32)
° F = 9/5 ° C + 32
STP anlamı standart sıcaklık ve basınç. 273 K (0 ° C) sıcaklıktaki 1 atmosferdeki koşulları ifade eder. STP, gazların yoğunluğu ile ilgili hesaplamalarda veya diğer durumlarda standart durum koşulları.
STP'de, ideal bir gazın bir molü 22.4 L'lik bir hacmi kaplayacaktır.
Dalton yasası gaz karışımının toplam basıncının, sadece bileşen gazların tek tek tüm basınçlarının toplamına eşit olduğunu belirtir.
PToplam = PGaz 1 + PGaz 2 + PGaz 3 + ...
Bileşen gazının bireysel basıncı bilinmektedir kısmi basınç olarak gaz. Kısmi basınç formülle hesaplanır
Pben = XbenPToplam
nerede
Pben = münferit gazın kısmi basıncı
PToplam = toplam basınç
Xben = münferit gazın mol fraksiyonu
Mol fraksiyonu, Xben, ayrı gazın mol sayısının, karışık gazın toplam mol sayısına bölünmesiyle hesaplanır.
Avogadro yasası bir gazın hacmiyle doğrudan orantılı olduğunu belirtir benlerin sayısı Basınç ve sıcaklık sabit kaldığında gazdan arındırın. Temel olarak: Gazın hacmi vardır. Daha fazla gaz ekleyin, basınç ve sıcaklık değişmezse gaz daha fazla hacim alır.
V = kn
nerede
V = hacim k = sabit n = mol sayısı
Avogadro yasası şu şekilde de ifade edilebilir:
Vben/ nben = Vf/ nf
nerede
Vben ve Vf başlangıç ve son ciltler
nben ve nf ilk ve son mol sayısıdır
Boyle gaz yasası sıcaklık sabit tutulduğunda bir gazın hacminin basınç ile ters orantılı olduğunu belirtir.
P = k / V
nerede
P = basınç
k = sabit
V = hacim
Boyle yasası şu şekilde de ifade edilebilir:
PbenVben = PfVf
nerede Pben ve Pf başlangıç ve son basınçlar Vben ve Vf başlangıç ve son baskılar
Hacim arttıkça, basınç azalır veya hacim azaldıkça basınç artar.
Charles'ın gaz yasası basınç sabit tutulduğunda bir gazın hacminin mutlak sıcaklığı ile orantılı olduğunu belirtir.
V = kT
nerede
V = hacim
k = sabit
T = mutlak sıcaklık
Charles yasası şu şekilde de ifade edilebilir:
Vben/ Tben = Vf/ Tben
nerede Vben ve Vf başlangıç ve son ciltler
Tben ve Tf başlangıç ve son mutlak sıcaklıklar
Basınç sabit tutulursa ve sıcaklık artarsa, gazın hacmi artar. Gaz soğudukça hacim azalacaktır.
İnsan-Lussac'ın gaz yasası hacim sabit tutulduğunda bir gazın basıncının mutlak sıcaklığı ile orantılı olduğunu belirtir.
P = kT
nerede
P = basınç
k = sabit
T = mutlak sıcaklık
Guy-Lussac yasası şu şekilde de ifade edilebilir:
Pben/ Tben = Pf/ Tben
nerede Pben ve Pf başlangıç ve son baskılar
Tben ve Tf başlangıç ve son mutlak sıcaklıklar
Sıcaklık artarsa, hacim sabit tutulursa gazın basıncı artar. Gaz soğudukça basınç düşecektir.
İdeal gaz yasası, aynı zamanda bilinir kombine gaz yasası olarak, tüm önceki gaz kanunlarındaki değişkenler. ideal gaz yasası formül ile ifade edilir
PV = nRT
nerede
P = basınç
V = hacim
n = gaz mol sayısı
R = ideal gaz sabiti
T = mutlak sıcaklık
R değeri basınç, hacim ve sıcaklık birimlerine bağlıdır.
R = 0,0821 litre · atm / mol · K (P = atm, V = L ve T = K)
R = 8.3145 J / mol · K (Basınç x Hacim enerjidir, T = K)
R = 8.2057 m3· Atm / mol · K (P = atm, V = metreküp ve T = K)
R = 62.3637 L · Torr / mol · K veya L · mmHg / mol · K (P = torr veya mmHg, V = L ve T = K)
İdeal gaz yasası normal şartlar altındaki gazlar için uygundur. Olumsuz koşullar yüksek basınçları ve çok düşük sıcaklıkları içerir.
İdeal gaz yasası, gerçek gazların davranışı için iyi bir yaklaşımdır. İdeal gaz yasası tarafından öngörülen değerler tipik olarak ölçülen gerçek dünya değerlerinin% 5'i içindedir. İdeal gaz yasası, gazın basıncı çok yüksek veya sıcaklık çok düşük olduğunda başarısız olur. Van der Waals denklemi ideal gaz yasasında iki değişiklik içerir ve gerçek gazların davranışını daha yakından tahmin etmek için kullanılır.
Van der Waals denklemi
(P + an2/ V2) (V - nb) = nRT
nerede
P = basınç
V = hacim
a = gaza özgü basınç düzeltme sabiti
b = gaza özgü hacim düzeltme sabiti
n = gaz mol sayısı
T = mutlak sıcaklık
Van der Waals denklemi, moleküller arasındaki etkileşimleri dikkate almak için bir basınç ve hacim düzeltmesi içerir. İdeal gazların aksine, gerçek bir gazın ayrı ayrı partikülleri birbirleriyle etkileşime girer ve belirli bir hacme sahiptir. Her gaz farklı olduğundan, her gazın van der Waals denkleminde a ve b için kendi düzeltmeleri veya değerleri vardır.