Obiectiv de învățare
- Aplicați legea gazului ideal pentru a rezolva probleme de chimie
Puncturi cheie
- Un gaz ideal nu prezintă forțe de atracție între particule.
- În ecuația gazului ideal, atât presiunea cât și volumul sunt direct proporționale cu temperatura.
Termeni
- constanta gazului idealR = 8.3145 J-mol-1-K-1
- gaz idealun gaz ale cărui particule nu prezintă nici un fel de interacțiuni atractive; la temperaturi ridicate și presiuni scăzute, gazele se comportă aproape de ideal
- energia cineticăenergia pe care o posedă un obiect datorită mișcării sale; în teoria cinetică a gazelor, energia cinetică a particulelor de gaz depinde numai de temperatură
Toate gazele sunt modelate pe baza ipotezelor prezentate de teoria cinetică a materiei, care presupune că toată materia este alcătuită din particule (i.adică atomi sau molecule); există spații între aceste particule, iar forțele de atracție devin mai puternice pe măsură ce particulele converg. Particulele sunt în mișcare constantă, aleatorie, și se ciocnesc între ele și cu pereții recipientului în care sunt închise. Fiecare particulă are o energie cinetică inerentă care depinde doar de temperatură.
Un gaz este considerat ideal dacă particulele sale sunt atât de depărtate încât nu exercită nicio forță de atracție una asupra celeilalte. În viața reală, nu există un gaz cu adevărat ideal, dar la temperaturi ridicate și presiuni scăzute (condiții în care particulele individuale se vor mișca foarte repede și vor fi foarte depărtate unele de altele, astfel încât interacțiunea lor este aproape nulă), gazele se comportă aproape ideal; acesta este motivul pentru care legea gazului ideal este o aproximare atât de utilă.
Ecuația legii gazului ideal
Ecuația gazului ideal este dată de:
\displaystyle{PV=nRT}
Cele patru variabile reprezintă patru proprietăți diferite ale unui gaz:
- Presiunea (P), adesea măsurată în atmosfere (atm), kilopascali (kPa) sau milimetri mercur/torr (mm Hg, torr)
- Volumul (V), dat în litri
- Numărul de moli de gaz (n)
- Temperatura gazului (T), măsurată în grade Kelvin (K)
R este constanta gazului ideal, care ia diferite forme în funcție de unitățile de măsură utilizate. Cele mai frecvente trei formulări ale lui R sunt date de:
\displaystyle{8.3145\frac{\text{L} \cdot \text{kPa}}{\text{K} \cdot \text{mol}}=0.0821\frac{\text{L} \cdot \text{atm}}{\text{K} \cdot \text{mol}}=62.4\frac{\text{L} \cdot \text{mm Hg}}{K \cdot \text{mol}}}
Exemplul 1
O cutie de 20 L conține o cantitate fixă de gaz la o temperatură de 300 K și o presiune de 101 kPa. Câți moli de gaz sunt conținuți în cutie?
PV=nRT
\displaystyle{n=\frac{PV}{RT}=\frac{\text{(101 kPa)(20 L)}}{\text{(8.3145 }\text{L} \cdot \text{kPa} \cdot K^{-1} \cdot \cdot \text{mol}^{-1}) \cdot \cdot \text{300 K}}=\text{0.8 } \text{mol}}}
Exemplul 2
Calculați numărul de moli de gaz conținuți într-o casă gonflabilă cu un volum de 20.63 metri cubi, o temperatură de 300 Kelvin și o presiune de 101 kPa.
\displaystyle{PV=nRT}
\displaystyle{\frac{PV}{RT}=n \cdot n=\frac{101\text{ kPa} \cdot (20.63\text{ metri cubi})}{(8.3143\text{ J/mol}) \cdot K(300K)} \cdot n=835.34\text{ moli}}
Ecuația gazului ideal ne permite să examinăm relația dintre proprietățile neconstante ale gazelor ideale (n, P, V, T) atâta timp cât trei dintre aceste proprietăți rămân fixe.
Pentru ecuația gazului ideal, rețineți că produsul PV este direct proporțional cu T. Acest lucru înseamnă că, dacă temperatura gazului rămâne constantă, presiunea sau volumul poate crește atâta timp cât variabila complementară scade; acest lucru înseamnă, de asemenea, că, dacă temperatura gazului se modifică, aceasta se poate datora în parte unei modificări a variabilei presiune sau volum.
Ecuația gazului ideal este un instrument valoros care poate oferi o aproximare foarte bună a gazelor la temperaturi ridicate și presiuni scăzute.
.