Gaz yasaları - Gas laws

Gaz kanunları bilim adamları arasındaki ilişkileri fark başladığında, 18. yüzyılın, sonunda geliştirilmiştir basınç , hacim ve sıcaklık bir numunenin gaz tüm gazlar için yakınlaştırılmasına yapacağını elde edilebilir.

Boyle Kanunu

1662'de Robert Boyle, sabit sıcaklıkta sabit miktarda bir gazın hacmi ve basıncı arasındaki ilişkiyi inceledi. Sabit bir sıcaklıkta belirli bir gaz kütlesinin hacminin basıncıyla ters orantılı olduğunu gözlemledi. 1662'de yayınlanan Boyle yasası, sabit sıcaklıkta, kapalı bir sistemdeki belirli bir ideal gaz kütlesinin basınç ve hacminin çarpımının her zaman sabit olduğunu belirtir . Bir basınç göstergesi ve değişken hacimli bir kap kullanılarak deneysel olarak doğrulanabilir. Gazların kinetik teorisinden de türetilebilir: İçinde sabit sayıda molekül bulunan bir kabın hacmi küçülürse, birim zamanda kabın kenarlarının belirli bir alanına daha fazla molekül çarparak daha büyük bir basınca neden olur. .

Boyle yasasının bir ifadesi aşağıdaki gibidir:

Belirli bir gaz kütlesinin hacmi, sıcaklık sabit olduğunda basınçla ters orantılıdır.

Konsept şu formüllerle temsil edilebilir:

, "Hacim Basınçla ters orantılıdır" anlamına gelir veya
, "Basınç Hacim ile ters orantılıdır" anlamına gelir veya
, veya
burada P basınç ve V bir gazın hacmidir ve k 1 bu denklemdeki sabittir (ve bu makaledeki diğer denklemlerdeki orantı sabitleriyle aynı değildir).

Charles yasası

Charles yasası veya hacimler yasası, 1787'de Jacques Charles tarafından bulundu. Sabit basınçta belirli bir ideal gaz kütlesi için hacminin, kapalı bir sistemde varsayılarak mutlak sıcaklığıyla doğru orantılı olduğunu belirtir .

Charles yasasının ifadesi şu şekildedir: sabit basınçta (P) belirli bir gaz kütlesinin hacmi (V), sıcaklığı (T) ile doğru orantılıdır. Matematiksel bir denklem olarak, Charles yasası şu şekilde yazılır:

, veya
, veya
,

burada "V" bir gazın hacmidir, "T" mutlak sıcaklıktır ve k 2 bir orantı sabitidir (bu, bu makaledeki diğer denklemlerdeki orantı sabitleriyle aynı değildir).

Gay-Lussac yasası

Gay-Lussac kanunu, Amontons kanunu veya basınç kanunu 1808'de Joseph Louis Gay-Lussac tarafından bulundu. Verilen bir ideal gazın kütlesi ve sabit hacmi için, kabının kenarlarına uygulanan basıncın doğrudan olduğunu belirtir. mutlak sıcaklığı ile orantılıdır .

Matematiksel bir denklem olarak Gay-Lussac yasası şu şekilde yazılır:

, veya
, veya
,
burada P basınç, T mutlak sıcaklık ve k başka bir orantı sabitidir.

Avogadro yasası

Avogadro yasası (1811'de varsayılmıştır), ideal bir gazın kapladığı hacmin, kapta bulunan gazın molekül sayısı ile doğru orantılı olduğunu belirtir. Bu , STP'de (273.15 K, 1 atm) yaklaşık 22.4 L olan bir gazın molar hacmine yol açar.

burada n , gaz moleküllerinin sayısına (veya gazın mol sayısına) eşittir.

Kombine ve ideal gaz yasaları

Arasındaki ilişkiler Boyle'un , Charles adlı , Gay-Lussac en , Avogadro en , kombine ve ideal gaz yasaları ile, Boltzmann sabiti k B = r/K bir = n R/n (Her hukuk, özellikleri çember değişkendir ve çember değil özellikler bekletilen sabittir)

Kombine gaz kanunu veya Genel Gaz Denklemi Boyle Kanunu, Charles kanunu ve Gay-Lussac Kanunu birleştirerek elde edilir. Sabit bir gaz kütlesi (miktarı) için basınç, hacim ve sıcaklık arasındaki ilişkiyi gösterir:

Bu şu şekilde de yazılabilir:

Avogadro yasasının eklenmesiyle , birleşik gaz yasası ideal gaz yasasına dönüşür :

nerede
P basınçtır
V hacimdir
n mol sayısıdır
R evrensel gaz sabitidir
T sıcaklıktır (K)
şimdi R olarak adlandırılan orantı sabiti, 8.3144598 (kPa∙L)/(mol∙K) değerinde evrensel gaz sabitidir . Bu yasanın eşdeğer bir formülasyonu:
nerede
P basınçtır
V hacimdir
N , gaz moleküllerinin sayısıdır
k , Boltzmann sabitidir ( SI birimlerinde 1.381×10 −23 J·K −1 )
T sıcaklıktır (K)

Bu denklemler, yalnızca çeşitli moleküller arası etkileri ihmal eden ideal bir gaz için kesindir (bkz. gerçek gaz ). Ancak ideal gaz yasası, orta basınç ve sıcaklık altındaki çoğu gaz için iyi bir yaklaşımdır.

Bu yasanın aşağıdaki önemli sonuçları vardır:

  1. Sıcaklık ve basınç sabit tutulursa, gazın hacmi gaz moleküllerinin sayısı ile doğru orantılıdır.
  2. Sıcaklık ve hacim sabit kalırsa, gaz değişikliklerinin basıncı, mevcut gaz moleküllerinin sayısı ile doğru orantılıdır.
  3. Gaz moleküllerinin sayısı ve sıcaklık sabit kalırsa, basınç hacimle ters orantılıdır.
  4. Sıcaklık değişir ve gaz moleküllerinin sayısı sabit tutulursa, basınç veya hacim (veya her ikisi) sıcaklıkla doğru orantılı olarak değişecektir.

Diğer gaz yasaları

Graham yasası
gaz moleküllerinin yayılma hızının , sabit sıcaklıkta gaz yoğunluğunun karekökü ile ters orantılı olduğunu belirtir. Avogadro yasasıyla birleştirildiğinde (yani eşit hacimler eşit sayıda moleküle sahip olduğundan) bu, moleküler ağırlığın köküyle ters orantılı olmakla aynıdır.
Dalton yasası ait kısmi basınçlarının
bir gaz karışımının basıncının , tek tek bileşenlerin kısmi basınçlarının toplamı olduğunu belirtir . Dalton yasası aşağıdaki gibidir:
ve tüm bileşen gazlar ve karışım aynı sıcaklık ve hacimdedir
burada P toplam gaz karışımının toplam basıncıdır
P i belirli bir hacimde ve sıcaklıkta kısmi basıncı ya da bileşen gazın basıncı.
Amagat yasası ait kısmi hacimleri
bir gaz karışımının hacminin (veya kabın hacminin) basitçe tek tek bileşenlerin kısmi hacimlerinin toplamı olduğunu belirtir. Amagat yasası aşağıdaki gibidir:
ve tüm bileşen gazlar ve karışım aynı sıcaklık ve basınçtadır
burada V toplam , gaz karışımının toplam hacmi veya kabın hacmidir,
V i , belirli basınç ve sıcaklıkta bileşen gazın kısmi hacmi veya hacmidir.
Henry yasası
bu durumlar , sabit sıcaklıkta, belli bir tür ve bir sıvı hacmi içinde çözülmüş, belirli bir gaz miktarı ile doğrudan orantılıdır kısmi basıncı , sıvı fazla denge halinde bu gazın.
Gerçek gaz yasası
Johannes Diderik van der Waals (1873) tarafından formüle edilmiştir .

Referanslar

  • Castka, Joseph F.; Metcalfe, H. Clark; Davis, Raymond E.; Williams, John E. (2002). Modern Kimya . Holt, Rinehart ve Winston. ISBN'si 0-03-056537-5.
  • Guch, Ian (2003). Komple Idiot's Guide to Chemistry . Alpha, Penguin Group Inc. ISBN 1-59257-101-8.
  • Zumdahl, Steven S (1998). Kimyasal Prensipler . Houghton Mifflin Şirketi. ISBN'si 0-395-83995-5.

Dış bağlantılar