En gas er en tilstand af stof uden nogen defineret form eller volumen. gasser har deres egen unikke opførsel afhængigt af en række forskellige variabler, såsom temperatur, tryk og volumen. Mens hver gas er forskellig, fungerer alle gasser i en lignende sag. Denne studievejledning fremhæver de begreber og love, der beskæftiger sig med gaskemi.
Trykket er a måling af mængden af styrke pr. enhedsareal. Trykket af en gas er den mængde kraft, som gassen udøver på en overflade inden for dens volumen. Gasser med højt tryk udøver mere kraft end gas med lavt tryk.
Det SI tryk enhed er pascal (Symbol Pa). Pascal er lig med kraften på 1 Newton per kvadratmeter. Denne enhed er ikke særlig nyttig, når man håndterer gasser under reelle forhold, men det er en standard, der kan måles og gengives. Mange andre tryksenheder har udviklet sig over tid, hovedsagelig med den gas, vi er mest kendt med: luft. Problemet med luft, trykket er ikke konstant. Lufttrykket afhænger af højden over havets overflade og mange andre faktorer. Mange tryk-enheder var oprindeligt baseret på et gennemsnitligt lufttryk ved havoverfladen, men er blevet standardiserede.
Temperatur er en egenskab ved stof relateret til mængden af energi i komponentpartiklerne.
Flere temperaturskalaer er udviklet til at måle denne mængde energi, men SI-standardskalaen er Kelvin temperaturskala. To andre almindelige temperaturskalaer er Fahrenheit (° F) og Celsius (° C) skalaer.
Det Kelvin skala er en absolut temperaturskala og bruges i næsten alle gasberegninger. Det er vigtigt, når man arbejder med gasproblemer at konvertere temperaturmålingerne til Kelvin.
Konverteringsformler mellem temperaturskalaer:
K = ° C + 273,15
° C = 5/9 (° F - 32)
° F = 9/5 ° C + 32
STP betyder standard temperatur og pres. Det henviser til betingelserne ved 1 trykatmosfære ved 273 K (0 ° C). STP bruges ofte i beregninger, der er involveret med densiteten af gasser eller i andre involverede tilfælde standardtilstandsbetingelser.
Ved STP vil en mol af en ideel gas optage et volumen på 22,4 L.
Daltons lov angiver, at det samlede tryk for en blanding af gasser er lig med summen af alle de individuelle tryk på komponentgasserne alene.
PTotal = PGas 1 + PGas 2 + PGas 3 + ...
Det individuelle tryk for komponentgassen er kendt som det partielle tryk af gassen. Partielt tryk beregnes ved hjælp af formlen
Pjeg = XjegPTotal
hvor
Pjeg = partielt tryk for den enkelte gas
PTotal = totaltryk
xjeg = molfraktion af den enkelte gas
Mole-fraktionen, Xjegberegnes ved at dividere antallet af mol af den enkelte gas med det samlede antal mol af den blandede gas.
Avogadros lov angiver, at volumen af en gas er direkte proportional med antallet af mol gas, når tryk og temperatur forbliver konstant. Grundlæggende: Gas har volumen. Tilsæt mere gas, gas optager mere volumen, hvis tryk og temperatur ikke ændrer sig.
V = kn
hvor
V = volumen k = konstant n = antal mol
Avogadros lov kan også udtrykkes som
Vjeg/ njeg = Vf/ nf
hvor
Vjeg og Vf er indledende og afsluttende bind
njeg og nf er indledende og sidste antal mol
Boyle's gaslov angiver, at en gasvolumen er omvendt proportional med trykket, når temperaturen holdes konstant.
P = k / V
hvor
P = tryk
k = konstant
V = volumen
Boyle's lov kan også udtrykkes som
PjegVjeg = PfVf
hvor Pjeg og Pf er det indledende og sidste tryk Vjeg og Vf er det indledende og sidste tryk
Når volumen stiger, falder trykket, eller når volumen falder, stiger trykket.
Charles 'gaslov angiver, at volumen af en gas er proportional med dens absolutte temperatur, når trykket holdes konstant.
V = kT
hvor
V = volumen
k = konstant
T = absolut temperatur
Charles 'lov kan også udtrykkes som
Vjeg/ Tjeg = Vf/ Tjeg
hvor Vjeg og Vf er de indledende og sidste bind
Tjeg og Tf er de indledende og sidste absolutte temperaturer
Hvis trykket holdes konstant, og temperaturen stiger, stiger gasvolumen. Når gassen afkøles, vil volumen falde.
Guy-Lussac's gaslov angiver, at en gasstryk er proportional med dens absolutte temperatur, når volumen holdes konstant.
P = kT
hvor
P = tryk
k = konstant
T = absolut temperatur
Guy-Lussacs lov kan også udtrykkes som
Pjeg/ Tjeg = Pf/ Tjeg
hvor Pjeg og Pf er det indledende og sidste tryk
Tjeg og Tf er de indledende og sidste absolutte temperaturer
Hvis temperaturen stiger, vil gastrykket stige, hvis volumen holdes konstant. Når gassen afkøles, falder trykket.
Den ideelle gaslov, også kendt som den kombinerede gaslov, er en kombination af alle variabler i de foregående gaslove. Det ideel gaslov udtrykkes med formlen
PV = nRT
hvor
P = tryk
V = volumen
n = antal mol gas
R = ideel gas konstant
T = absolut temperatur
Værdien af R afhænger af enhederne for tryk, volumen og temperatur.
R = 0,0821 liter · atm / mol · K (P = atm, V = L og T = K)
R = 8,3145 J / mol · K (Tryk x Volumen er energi, T = K)
R = 8,2057 m3· Atm / mol · K (P = atm, V = kubikmeter og T = K)
R = 62,3637 L · Torr / mol · K eller L · mmHg / mol · K (P = torr eller mmHg, V = L og T = K)
Den ideelle gaslov fungerer godt til gasser under normale forhold. Ugunstige forhold inkluderer højt tryk og meget lave temperaturer.
Den ideelle gaslov er en god tilnærmelse til opførsel af reelle gasser. De værdier, der er forudsagt af den ideelle gaslov, ligger typisk inden for 5% af de målte værdier i den virkelige verden. Den ideelle gaslov mislykkes, når gasets tryk er meget høj, eller temperaturen er meget lav. Van der Waals-ligningen indeholder to modifikationer af den ideelle gaslov og bruges til nærmere forudsigelse af virkelige gassers opførsel.
Van der Waals-ligningen er
(P + an2/ V2) (V - nb) = nRT
hvor
P = tryk
V = volumen
a = trykkorrektionskonstant, der er unik for gassen
b = volumenkorrektionskonstant, der er unik for gassen
n = antallet af mol gas
T = absolut temperatur
Van der Waals-ligningen inkluderer et tryk og en volumenkorrektion for at tage hensyn til interaktionerne mellem molekyler. I modsætning til ideelle gasser har de enkelte partikler i en ægte gas interaktion med hinanden og har et bestemt volumen. Da hver gas er forskellig, har hver gas deres egne korrektioner eller værdier for a og b i van der Waals-ligningen.