Gaz yasaları. Mendeleev-Clapeyron denklemi.

XVII-XVIII yüzyıllarda gerçekleştirilen gazların özelliklerinin deneysel incelenmesi. Boyle, Mariotte, Gay-Lussac, Charles, gaz yasalarının formüle edilmesine öncülük etti.

1. İzotermal süreç – T= yapı .

Boyle-Mariotte yasası: pV=sabit.

Bağımlılık grafiği P itibaren VŞekil 2.1'de gösterilmiştir. İzoterm ne kadar yüksek olursa karşılık gelen sıcaklık da o kadar yüksek olur, T 2 >T 1 .

2. İzobarik süreç – p= sabit .

Gay-Lussac Yasası: .

V'ye karşı T'nin grafiği Şekil 2'de gösterilmektedir. 2.2. İzobar sıcaklık eksenine ne kadar az eğimli olursa karşılık gelen basınç o kadar büyük olur, p 2 > p 1 .

3. İzokorik süreç – V=sabit .

Charles Yasası: .

Bağımlılık grafiği R itibaren TŞekil 2.3'te gösterilmiştir. İzokor sıcaklık eksenine ne kadar az eğimli olursa, karşılık geldiği hacim o kadar büyük olur, V 2 > V 1 .

Gaz yasalarının ifadelerini birleştirerek p ile ilgili bir denklem elde ederiz, V, T (birleşik gaz yasası): .

Bu denklemdeki sabit deneysel olarak belirlenir. Gaz maddesi miktarı için 1 mol R=8,31 ​​J/(mol×K)'ye eşit olduğu ortaya çıktı ve çağrıldı evrensel gaz sabiti.

1 mol Karbon-12'deki 0,012 kg ağırlığındaki atomlarla aynı sayıda yapısal eleman içeren bir sistemdeki madde miktarına eşittir. 1'deki molekül sayısı (yapısal birimler) mol Avogadro sayısına eşittir: N A =6.02.10 23 mol -1. R için ilişki geçerlidir: R=k N Bir

Yani için bir yalvarıyorum: .

İstenilen miktarda gaz için n = m/m, Nerede M- gazın molar kütlesi. Sonuç olarak ideal bir gazın durum denklemini veya Mendeleev-Clapeyron denklemini elde ederiz. .

Bu denklem herhangi bir miktardaki tüm gazlar ve gazların ideal kabul edilebileceği tüm P, V ve T değerleri için geçerlidir.

burada R evrensel gaz sabitidir;

R=8,314 J/molk =0,0821 l amu/molk

Gaz karışımlarının bileşimi hacim kesri kullanılarak ifade edilir - belirli bir bileşenin hacminin karışımın toplam hacmine oranı

,

X bileşeninin hacim oranı nerede, V(x), X bileşeninin hacmidir; V sistemin hacmidir.

Hacim kesri boyutsuz bir miktardır; birimin kesirleri veya yüzde olarak ifade edilir.

IV. Problem çözme örnekleri.

Sorun 1. Herhangi bir gazın 0,2 mol'ü yer seviyesinde ne kadar hacim kaplar?

Çözüm: Madde miktarı aşağıdaki formülle belirlenir:

Sorun 2. Standart koşullarda hacim nedir? 11g alır. karbondioksit mi?

Çözüm: Madde miktarı belirlenir

Sorun 3. Hidrojen klorürün nitrojene, hidrojene ve havaya bağıl yoğunluğunu hesaplayın.

Çözüm: Bağıl yoğunluk aşağıdaki formülle belirlenir:

;
;

Sorun 4.Belirli bir hacim için bir gazın moleküler kütlesinin hesaplanması.

13 0 C sıcaklıkta ve 1,04*10 5 Pa basınçta 327 ml gazın kütlesi 828 g'a eşittir.

Gazın moleküler kütlesini hesaplayın.

Çözüm: Bir gazın moleküler kütlesi Mendeleev-Clapeyron denklemi kullanılarak hesaplanabilir:

Gaz sabitinin değeri kabul edilen ölçü birimleriyle belirlenir. Basınç Pa cinsinden ve hacim m3 cinsinden ölçülürse, o zaman .

Sorun 5. Bir maddenin molekülünün mutlak kütlesinin hesaplanması.

1. Yer seviyesindeki 1 litre gazın kütlesine göre bir gaz molekülünün kütlesini belirleyin. 1.785g'ye eşittir.

Çözüm: Gazın moleküler hacmine bağlı olarak bir mol gazın kütlesini belirleriz.

m gaz kütlesidir;

M – gazın molar kütlesi;

Vm – molar hacim, 22,4 l/mol;

V – gazın hacmi.

2. Herhangi bir maddenin bir molündeki molekül sayısı Avogadro sabitine eşittir (
). Bu nedenle, m moleküllerinin sayısı şuna eşittir:

Sorun 6. Standart koşullarda 1 ml hidrojende kaç molekül bulunur?

Çözüm: Avogadro kanununa göre 1 mol gaz no. 22,4 l hacim kaplar, 1 mol gaz içerir
(mol -1) moleküller.

22,4 l 6,02 * 10 23 molekül içerir

1 ml hidrojen X molekülü içerir

Cevap:

Sorun 7. Formüllerin türetilmesi.

I. Organik madde karbon (kütle oranı %84,21) ve hidrojen (%15,79) içerir. Maddenin havadaki buhar yoğunluğu 3,93'tür.

Maddenin formülünü belirleyiniz.

Çözüm: Maddenin formülünü CxHy formunda temsil ediyoruz.

1. Hava yoğunluğunu kullanarak bir hidrokarbonun molar kütlesini hesaplayın.

2. Karbon ve hidrojen maddelerinin miktarını belirleyin

II.

Maddenin formülünü belirleyiniz. 145 g içeriği ile 330 g C02 ve 135 g H20 elde edilir. Bu maddenin hidrojene göre bağıl buhar yoğunluğu 29'dur.

1. Bilinmeyen maddenin kütlesini belirleyin:

2.1.

2. Hidrojenin kütlesini belirleyin:

2.2. Karbon kütlesini belirleyin:

2.3. Üçüncü bir elementin, oksijenin olup olmadığını belirliyoruz.

O. m(O) = 40g

Ortaya çıkan denklemi tamsayılarla ifade etmek için (çünkü bu moleküldeki atomların sayısıdır), tüm sayıları küçük olana böleriz.

O halde bilinmeyen maddenin en basit formülü C 3 H 6 O'dur.

2.5. → En basit formül aradığımız bilinmeyen maddedir.

Cevap: C 3 H 5 O Sorun 8

: (Kendiniz karar verin)

Bileşiğin gerçek formülünü bulun.

Sorun 9: (kendiniz karar verin)

Molekül sayıları aynı mı?

a) 0,5 g nitrojen ve 0,5 g metanda

b) 0,5 l nitrojen ve 0,5 l metanda

c) 1,1 g C02 ve 2,4 g ozon ve 1,32 g C02 ve 2,16 g ozon karışımlarında

Sorun 10: Hidrojen halojenürün havadaki bağıl yoğunluğu 2,8'dir.

Bu gazın havadaki yoğunluğunu belirleyiniz ve adını veriniz.
Çözüm: Gaz kanununa göre

yani hidrojen halojenürün molar kütlesinin (M (HX)) havanın molar kütlesine (M HX) oranı 2,8 →

O zaman halojenin molar kütlesi:

→ X, Br'dir ve gaz, hidrojen bromürdür.

Hidrojen bromürün hidrojene bağıl yoğunluğu:

Cevap: 40.5, hidrojen bromür. Daha önce de belirtildiği gibi, belirli bir gaz kütlesinin durumu üç termodinamik parametreyle belirlenir: basınç P, V hacim ve sıcaklık T.

Bu parametreler arasında durum denklemi adı verilen ve genellikle şu ifadeyle verilen belirli bir ilişki vardır:

burada her değişken diğer ikisinin bir fonksiyonudur. , Fransız fizikçi ve mühendis B. Clapeyron (1799-1864), Boyle-Mariotte ve Gay-Lussac yasalarını birleştirerek ideal bir gazın durum denklemini elde etti. Belirli bir gaz kütlesinin V 1 hacmini işgal etmesine izin verin

p 1 basıncına sahiptir ve T 1 sıcaklığındadır. Başka bir keyfi durumdaki aynı gaz kütlesi, p 2, V 2, T 2 parametreleriyle karakterize edilir (Şekil 63). Durum 1'den durum 2'ye geçiş iki işlem şeklinde gerçekleşir: 1) izotermal (izoterm 1 - 1¢, 2) izokorik (izokor 1¢ - 2).

(42.1) (42.2)

Boyle-Mariotte yasalarına (41.1) ve Gay-Lussac'a (41.5) uygun olarak şunu yazıyoruz: , p¢ 1'i (42.1) ve (42.2) denklemlerinden hariç tutarak

aldık Durum 1 ve 2 keyfi olarak seçildiğinden, belirli bir gaz kütlesi için değer pV/T

sabit kalır, yani İfade (42.3), Clapeyron denklemidir;İÇİNDE - gaz sabiti,

farklı gazlar için farklıdır. Rus bilim adamı D.I. Mendeleev (1834-1907), molar hacmi kullanarak Clapeyron denklemini Avogadro yasasıyla birleştirerek denklem (42.3)'ü bir mol ile ilişkilendirdi. Vm. R Avogadro kanununa göre eşit T Ve Bütün gazların molleri aynı molar hacmi kaplar Vm, dolayısıyla sabit B irade tüm gazlar için aynıdır. Tüm gazlar için ortak olan bu sabit, R

(42.4)

ve molar gaz sabiti olarak adlandırılır. Denklem

Molar gaz sabitinin sayısal değerini formül (42.4)'ten, bir mol gazın normal koşullar altında olduğunu varsayarak belirliyoruz. (p0 = 1,013×10 5 Pa, T0 = 273,15 K, Vm = 22,41×10 -3 m e/mol): R = 8,31 J/(mol×K).

Bir mol gaz için denklem (42.4)'ten keyfi bir gaz kütlesi için Clapeyron-Mendeleev denklemine gidilebilir. Belirli bir basınç ve sıcaklıkta bir mol gazın bir molar hacim işgal etmesi durumunda Bütün gazların molleri aynı molar hacmi kaplar o zaman aynı koşullar altında gazın kütlesi m hacmi kaplayacaktır V= (t/M)× V m , Nerede M- molar kütle (bir maddenin bir molünün kütlesi). Molar kütlenin birimi mol başına kilogramdır (kg/mol). Kütle için Clapeyron-Mendeleev denklemi T gaz

(42.5)

Nerede v=m/M- madde miktarı.

İdeal gaz durum denkleminin biraz farklı bir biçimi sıklıkla kullanılır ve Boltzmann sabiti tanıtılır:

Buna dayanarak durum denklemini (42.4) şu şekilde yazıyoruz:

burada N A /V m = n moleküllerin konsantrasyonudur (birim hacim başına molekül sayısı). Böylece Denklem'den.

belirli bir sıcaklıkta ideal bir gazın basıncının, moleküllerinin konsantrasyonuyla (veya gaz yoğunluğuyla) doğru orantılı olduğu sonucu çıkar. Aynı sıcaklık ve basınçta tüm gazlar birim hacim başına aynı sayıda molekül içerir. 1 m3 gazda bulunan molekül sayısı normal koşullar, Loschmandt sayısı denir*:

Temel denklem

Moleküler kinetik teorisi

İdeal gazlar

Moleküler kinetik teorinin temel denklemini türetmek için tek atomlu ideal bir gazı düşünün. Gaz moleküllerinin düzensiz hareket ettiğini, gaz molekülleri arasındaki karşılıklı çarpışma sayısının, kabın duvarlarına çarpma sayısına kıyasla ihmal edilebilir olduğunu ve moleküllerin kabın duvarlarıyla çarpışmalarının kesinlikle esnek olduğunu varsayalım. Kabın duvarında bir D temel alanı seçelim. S(Şekil 64) ve bu alana uygulanan basıncı hesaplayın. Her çarpışmada platforma dik olarak hareket eden bir molekül ona momentum aktarır. m 0 v -(- t 0) = 2t 0 v, m 0 molekülün kütlesi, v ise hızıdır. D süresi boyunca T siteler D S yalnızca D tabanlı bir silindirin hacminde bulunan moleküllere ulaşılır S ve vDt yüksekliği (Şekil 64). Bu moleküllerin sayısı nDSvDt'ye (moleküllerin n-konsantrasyonu) eşittir.

Ancak gerçekte moleküllerin DS bölgesine doğru farklı açılarda ve farklı hızlarda hareket ettiğini ve moleküllerin hızının her çarpışmada değiştiğini hesaba katmak gerekir. Hesaplamaları basitleştirmek için, moleküllerin kaotik hareketinin yerini karşılıklı olarak üç dik yön boyunca hareket alır, böylece herhangi bir anda moleküllerin 1/3'ü her biri boyunca hareket eder ve moleküllerin yarısı - 1/6 - birlikte hareket eder. belirli bir yönde bir yönde, yarısı ters yönde. Daha sonra belirli bir yönde hareket eden moleküllerin platform D üzerindeki etkilerinin sayısı S irade

l/6 nDSvDt . Platformla çarpıştıklarında bu moleküller ona momentum aktaracak

Daha sonra kabın duvarına uyguladığı gaz basıncı

Gaz hacmi ise V içerir N v 1 , v 2 , ..., v n hızlarında hareket eden moleküller , o zaman ortalama kare hızın dikkate alınması tavsiye edilir

(43.2)

pelvisin tüm molekül setini karakterize eder. Denklem (43.1), (43.2) dikkate alınarak şu şekli alacaktır.

(43.3)

İfade (43.3) ideal gazların moleküler-kinetik teorisinin temel denklemi olarak adlandırılır. Moleküllerin olası tüm yönlerdeki hareketini dikkate alan kesin bir hesaplama aynı formülü verir.

Bunu göz önünde bulundurarak n=N/V, p¢ 1'i (42.1) ve (42.2) denklemlerinden hariç tutarak

Nerede e- tüm gaz moleküllerinin öteleme hareketinin toplam kinetik enerjisi.

Gazın kütlesinden beri m=Nm0 , o zaman denklem (43.4) şu şekilde yeniden yazılabilir:

Bir mol gaz için t = M (M- molar kütle), dolayısıyla

burada Fm molar hacimdir. Öte yandan Clapeyron-Mendeleev denklemine göre, pV m = RT. Böylece,

(43.6)

M = m 0 NA bir molekülün kütlesi olduğundan ve NA Avogadro sabiti olduğundan, denklem (43.6)'dan şu sonuç çıkar:

(43.7)

burada k=R/NA Boltzmann sabitidir. Buradan oda sıcaklığında oksijen moleküllerinin ortalama kare hızının 480 m/s, hidrojen moleküllerinin ise 1900 m/s olduğunu görüyoruz. Sıvı helyum sıcaklığında aynı hızlar sırasıyla 40 ve 160 m/s olacaktır.

Bir ideal gaz molekülünün öteleme hareketinin ortalama kinetik enerjisi

((43.5) ve (43.7) formüllerini kullandık) termodinamik sıcaklıkla orantılıdır ve yalnızca ona bağlıdır. Bu denklemden şu sonuç çıkıyor: T=0'da = 0, yani 0 K'da gaz moleküllerinin öteleme hareketi durur ve bu nedenle basıncı sıfırdır. Dolayısıyla termodinamik sıcaklık, ideal gaz moleküllerinin öteleme hareketinin ortalama kinetik enerjisinin bir ölçüsüdür ve formül (43.8) sıcaklığın moleküler kinetik yorumunu ortaya koyar.

Daha önce de belirtildiği gibi, belirli bir gaz kütlesinin durumu üç termodinamik parametreyle belirlenir: basınç Daha önce de belirtildiği gibi, belirli bir gaz kütlesinin durumu üç termodinamik parametreyle belirlenir: basınç hacim V ve sıcaklık ve sıcaklık

Bu parametreler arasında belirli bir ilişki vardır. durum denklemi, genellikle ifadeyle verilir

F(P,V,T)=0,

burada her değişken diğer ikisinin bir fonksiyonudur.

Fransız fizikçi ve mühendis B. Clapeyron (1799-1864), Boyle-Mariotte ve Gay-Lussac yasalarını birleştirerek ideal bir gazın durum denklemini elde etti. Belirli bir gaz kütlesinin bir hacmi işgal etmesine izin verin V 1 , baskı var R 1 ve bir sıcaklıkta T 1 . Başka bir keyfi durumdaki aynı gaz kütlesi parametrelerle karakterize edilir R 2 , V 2 , T 2 (Şek. 63). Eyaletten geçiş 1 bir durumda 2 iki işlem şeklinde gerçekleştirilir: 1) izotermal (izoterm) 1 -1 "), 2) izokorik (izokor) 1 "-2).

Boyle-Mariotte yasalarına (41.1) ve Gay-Lussac'a (41.5) uygun olarak şunu yazıyoruz:

P 1 V 1 =P" 1 V 2 , (42.1)

P" 1 /P" 2 =T 1 /T 2. (42,2)

(42.1) ve (42.2) denklemlerinden çıkarma P" 1 , p¢ 1'i (42.1) ve (42.2) denklemlerinden hariç tutarak

P 1 V 1 /T 1 =p 2 V 2 / T 2 .

Devletler beri 1 Ve 2 keyfi olarak seçildi ve belirli bir gaz kütlesi için

büyüklük Durum 1 ve 2 keyfi olarak seçildiğinden, belirli bir gaz kütlesi için değer sabit kalır

pV/T =B=sabit.(42.3)

İfade (42.3) şu şekildedir: Clapeyron denklemi, hangisinde İfade (42.3), Clapeyron denklemidir;- gaz sabiti, farklı gazlar için farklıdır.

Rus bilim adamı D.I. Mendeleev (1834-1907), molar hacmi kullanarak Clapeyron denklemini Avogadro yasasıyla birleştirerek denklem (42.3)'ü bir mol ile ilişkilendirdi. V T . Avogadro yasasına göre eşit R Ve T Tüm gazların molleri aynı molar hacmi kaplar V M , dolayısıyla sabit İfade (42.3), Clapeyron denklemidir; irade tüm gazlar için aynıdır. Tüm gazlar için ortak olan bu sabit, Tüm gazlar için ortak olan bu sabit, ve denir molar gaz sabiti. Denklem

pV M = RT(42.4)

yalnızca ideal gazı karşılar ve ideal bir gazın durum denklemi, ayrıca denir Clapeyron-Mendeleev denklemi.

Molar gaz sabitinin sayısal değerini formül (42.4)'ten, bir mol gazın normal koşullar altında olduğunu varsayarak belirliyoruz. (P 0 = 1,013 10 5 Pa, T0 = 273,15 K:, Vm = 22,41 10-3 m3/mol): R = 8,31 J/(mol K).

Bir mol gaz için denklem (42.4)'ten keyfi bir gaz kütlesi için Clapeyron-Mendeleev denklemine gidilebilir. Belirli basınç ve sıcaklıklarda bir mol gaz l/m molar hacim kaplıyorsa, aynı koşullar altında kütle t gaz hacim kaplayacak V = (m/M)V M , Nerede M- molar kütle(bir mol maddenin kütlesi). Molar kütlenin birimi mol başına kilogramdır (kg/mol). Kütle için Clapeyron-Mendeleev denklemi t gaz

Nerede v = m/M- madde miktarı.

İdeal gaz durum denkleminin biraz farklı bir biçimi sıklıkla kullanılır; Boltzmann sabiti:

k=R/NA =1,38 10 -2 3 J/K.

Buna dayanarak durum denklemini (42.4) şu şekilde yazıyoruz:

p = RT/V M = kN A TV M = nkT,

Nerede N A/ V m = N-Moleküllerin konsantrasyonu (birim hacim başına molekül sayısı). Böylece Denklem'den.

p = nkT(42.6)

belirli bir sıcaklıkta ideal bir gazın basıncının, moleküllerinin konsantrasyonuyla (veya gaz yoğunluğuyla) doğru orantılı olduğu sonucu çıkar. Aynı sıcaklık ve basınçta tüm gazlar birim hacim başına aynı sayıda molekül içerir. 1 m3 gazda bulunan molekül sayısı normal koşullar, isminde sayıLoschmidt :

N L = P0 /(kT 0 ) = 2,68 10 25 m-3 .

Gaz, bir maddenin bulunabileceği dört toplanma durumundan biridir.

Gazı oluşturan parçacıklar çok hareketlidir. Neredeyse serbestçe ve kaotik bir şekilde hareket ediyorlar, bilardo topları gibi periyodik olarak birbirleriyle çarpışıyorlar. Böyle bir çarpışmaya denir elastik çarpışma . Bir çarpışma sırasında hareketlerinin doğasını önemli ölçüde değiştirirler.

Gaz halindeki maddelerde moleküller, atomlar ve iyonlar arasındaki mesafe boyutlarından çok daha büyük olduğundan, bu parçacıklar birbirleriyle çok zayıf etkileşime girer ve potansiyel etkileşim enerjileri kinetik enerjiye göre çok küçüktür.

Gerçek bir gazdaki moleküller arasındaki bağlantılar karmaşıktır. Bu nedenle sıcaklığının, basıncının, hacminin moleküllerin özelliklerine, miktarlarına ve hareket hızlarına bağımlılığını tanımlamak da oldukça zordur. Ancak gerçek gaz yerine matematiksel modelini dikkate alırsak görev büyük ölçüde basitleşir - ideal gaz .

İdeal gaz modelinde moleküller arasında çekici veya itici kuvvetlerin olmadığı varsayılmaktadır. Hepsi birbirinden bağımsız hareket ediyor. Ve klasik Newton mekaniğinin yasaları bunların her birine uygulanabilir. Ve birbirleriyle yalnızca elastik çarpışmalar sırasında etkileşime girerler. Çarpışmanın süresi, çarpışmalar arasındaki süreye kıyasla çok kısadır.

Klasik ideal gaz

İdeal bir gazın moleküllerini, büyük bir küpün içinde birbirinden çok uzakta bulunan küçük toplar olarak hayal etmeye çalışalım. Bu mesafeden dolayı birbirleriyle etkileşime giremezler. Bu nedenle potansiyel enerjileri sıfırdır. Ancak bu toplar büyük bir hızla hareket ediyor. Bu onların kinetik enerjiye sahip olduğu anlamına gelir. Birbirleriyle ve küpün duvarlarıyla çarpıştıklarında top gibi davranırlar, yani elastik olarak sekerler. Aynı zamanda hareketlerinin yönünü değiştirirler ancak hızlarını değiştirmezler. İdeal bir gazdaki moleküllerin hareketi kabaca buna benzer.

1. İdeal bir gazın molekülleri arasındaki etkileşimin potansiyel enerjisi o kadar küçüktür ki kinetik enerjiyle karşılaştırıldığında ihmal edilir.
2. İdeal bir gazdaki moleküller de o kadar küçüktür ki, maddi noktalar olarak kabul edilebilirler. Bu da şu anlama geliyor: toplam hacim gazın bulunduğu kabın hacmiyle karşılaştırıldığında da ihmal edilebilir düzeydedir. Ve bu hacim de ihmal ediliyor.
3. Moleküllerin çarpışmaları arasındaki ortalama süre, çarpışma sırasındaki etkileşim süresinden çok daha fazladır. Bu nedenle etkileşim süresi de ihmal edilmektedir.

Gaz her zaman bulunduğu kabın şeklini alır. Hareketli parçacıklar birbirleriyle ve kabın duvarlarıyla çarpışır. Çarpma sırasında her molekül çok kısa bir süre boyunca duvara bir miktar kuvvet uygular. Bu şekilde ortaya çıkıyor basınç . Toplam gaz basıncı tüm moleküllerin basınçlarının toplamıdır.

İdeal gaz hal denklemi

İdeal bir gazın durumu üç parametreyle karakterize edilir: basınç, hacim Ve sıcaklık. Aralarındaki ilişki denklemle açıklanmaktadır:

Nerede R - basınç,

V M - molar hacim,

Tüm gazlar için ortak olan bu sabit, - evrensel gaz sabiti,

T - mutlak sıcaklık (Kelvin derece).

Çünkü V M = V / N , Nerede V - hacim, N - madde miktarı ve n= m/m , O

Nerede M - gaz kütlesi, M - molar kütle. Bu denklem denir Mendeleev-Clayperon denklemi .

Sabit kütlede denklem şöyle olur:

Bu denklem denir birleşik gaz kanunu .

Mendeleev-Cliperon yasasını kullanarak gaz parametrelerinden biri, diğer ikisi biliniyorsa belirlenebilir.

izoprosesler

Birleşik gaz yasası denklemini kullanarak, bir gazın kütlesinin ve en önemli parametrelerden birinin (basınç, sıcaklık veya hacim) sabit kaldığı süreçleri incelemek mümkündür. Fizikte bu tür süreçlere denir izoprosesler .

İtibaren Birleşik gaz yasası diğer önemli gaz yasalarına yol açar: Boyle-Mariotte yasası, Gay-Lussac yasası, Charles yasası veya Gay-Lussac'ın ikinci yasası.

İzotermal süreç

Basıncın veya hacmin değiştiği ancak sıcaklığın sabit kaldığı sürece denir. izotermal süreç .

İzotermal bir süreçte T = sabit, m = sabit .

Bir gazın izotermal süreçteki davranışı şu şekilde tanımlanır: Boyle-Mariotte yasası . Bu yasa deneysel olarak keşfedildi İngiliz fizikçi Robert Boyle 1662'de ve Fransız fizikçi Edme Mariotte 1679'da. Üstelik bunu birbirlerinden bağımsız olarak yaptılar. Boyle-Mariotte yasası şu şekilde formüle edilmiştir: Sabit sıcaklıktaki ideal bir gazda, gaz basıncı ile hacminin çarpımı da sabittir..

Boyle-Marriott denklemi birleşik gaz kanunundan türetilebilir. Formülde yerine koyma T = sabit , aldık

P · V = yapı

işte bu Boyle-Mariotte yasası . Formülden açıkça görülüyor ki Sabit sıcaklıktaki bir gazın basıncı hacmiyle ters orantılıdır. Basınç ne kadar yüksek olursa hacim o kadar düşük olur ve bunun tersi de geçerlidir.

Bu fenomen nasıl açıklanır? Bir gazın hacmi arttıkça basıncı neden azalır?

Gazın sıcaklığı değişmediğinden moleküllerin kabın duvarlarıyla çarpışma sıklığı değişmez. Hacim artarsa ​​moleküllerin konsantrasyonu azalır. Sonuç olarak, birim alan başına, birim zamanda duvarlara çarpan daha az molekül olacaktır. Basınç düşer. Hacim azaldıkça çarpışma sayısı artar. Buna göre basınç artar.

Grafiksel olarak, bir eğri düzleminde izotermal bir süreç görüntülenir. izoterm . Onun bir şekli var abartılar.

Her sıcaklık değerinin kendine ait bir izotermi vardır. Sıcaklık ne kadar yüksek olursa karşılık gelen izoterm de o kadar yüksek olur.

İzobarik süreç

Sabit basınçta bir gazın sıcaklığını ve hacmini değiştirme işlemlerine denir. izobarik . Bu işlem için m = sabit, P = sabit.

Bir gazın hacminin sabit basınçtaki sıcaklığına bağımlılığı da belirlendi deneysel olarak Fransız kimyager ve fizikçi Joseph Louis Gay-Lussac 1802'de yayınlayan kişi. Bu yüzden buna denir Gay-Lussac yasası : " PR ve sabit basınçta, sabit bir gaz kütlesinin hacminin mutlak sıcaklığına oranı sabit bir değerdir."

Şu tarihte: P = yapı birleşik gaz yasasının denklemi şuna dönüşür: Gay-Lussac denklemi .

İzobarik prosesin bir örneği, içinde pistonun hareket ettiği bir silindirin içinde bulunan bir gazdır. Sıcaklık arttıkça moleküllerin duvarlara çarpma sıklığı artar. Basınç artar ve piston yükselir. Sonuç olarak silindirdeki gazın kapladığı hacim artar.

Grafiksel olarak izobarik bir süreç düz bir çizgiyle temsil edilir. izobar .

Gazdaki basınç ne kadar yüksek olursa, karşılık gelen izobar grafikte o kadar düşük olur.

İzokorik süreç

izokorik, veya izokorik, sabit hacimde ideal bir gazın basıncını ve sıcaklığını değiştirme işlemidir.

İzokorik bir süreç için m = sabit, V = sabit.

Böyle bir süreci hayal etmek çok basit. Sabit hacimli bir kapta meydana gelir. Örneğin, bir silindirde, içinde hareket etmeyen ancak sağlam bir şekilde sabitlenmiş bir piston vardır.

İzokorik süreç anlatılıyor Charles'ın yasası : « Sabit hacimde belirli bir gaz kütlesi için basıncı sıcaklıkla orantılıdır" Fransız mucit ve bilim adamı Jacques Alexandre César Charles, bu ilişkiyi 1787'de deneylerle kurdu. 1802'de Gay-Lussac bunu geliştirdi. Bu nedenle bu yasaya bazen denir Gay-Lussac'ın ikinci yasası.

Şu tarihte: V = yapı birleşik gaz yasasının denkleminden denklemi elde ederiz Charles'ın yasası veya Gay-Lussac'ın ikinci yasası .

Sabit hacimde bir gazın sıcaklığı artarsa ​​basıncı da artar. .

Grafiklerde izokorik bir süreç, adı verilen bir çizgiyle temsil edilir. izokor .

Gazın kapladığı hacim ne kadar büyük olursa, bu hacme karşılık gelen izokor da o kadar düşük olur.

Gerçekte hiçbir gaz parametresi değişmeden korunamaz. Bu ancak laboratuvar koşullarında yapılabilir.

Elbette doğada ideal bir gaz yoktur. Ancak çok düşük sıcaklıklarda ve 200 atmosferi aşmayan basınçlarda gerçek seyreltilmiş gazlarda, moleküller arasındaki mesafe, boyutlarından çok daha fazladır. Bu nedenle özellikleri ideal bir gazın özelliklerine yakındır.