Az oxigén molekulatérfogata. Hogyan találhatom meg a gáz térfogatát? A gáz moláris térfogata
Ahol m a tömeg, M a moláris tömeg, V a térfogat.
4. Avogadro törvénye. Avogadro olasz fizikus telepítette 1811-ben. Ugyanolyan térfogatú gázok, azonos hőmérsékleten és nyomáson mérve, ugyanannyi molekulát tartalmaznak.
Így megfogalmazhatjuk az anyag mennyiségének fogalmát: 1 mól anyag 6,02 * 10 23-nak megfelelő számú részecskét tartalmaz (ezt Avogadro-állandónak nevezzük)
Ennek a törvénynek az a következménye 1 mol gáz normál körülmények között (P 0 = 101,3 kPa és T 0 = 298 K) 22,4 liternek megfelelő térfogatot foglal el.
5. Boyle-Mariotte törvénye
Állandó hőmérsékleten egy adott mennyiségű gáz térfogata fordítottan arányos a nyomással, amely alatt található:
6. Meleg-Lussac törvénye
Állandó nyomáson a gáztérfogat változása egyenesen arányos a hőmérséklettel:
V / T = állandó.
7. A gáz térfogata, nyomása és hőmérséklete közötti összefüggés kifejezhető Boyle-Mariotte és Gay-Lussac egyesített törvénye, amelyet arra használnak, hogy a gázmennyiséget egyik állapotból a másikba vigyék át:
P 0, V 0, T 0 - térfogat- és hőmérsékletnyomás normál körülmények között: P 0 = 760 Hgmm. Művészet. vagy 101,3 kPa; T 0 = 273 K (0 0 C)
8. A molekuláris érték független felmérése tömegek M segítségével lehet elvégezni az ún ideális gáz állapotegyenletek vagy a Clapeyron-Mengyelejev egyenlet :
pV = (m/M) * RT = vRT.(1.1)
ahol R - gáznyomás zárt rendszerben, V- a rendszer térfogata, T - gáz tömeg, T - abszolút hőmérséklet, R - univerzális gázállandó.
Vegye figyelembe, hogy az állandó értéke Rúgy kaphatjuk meg, hogy az (1.1) egyenletbe behelyettesítjük az egy mol gázt normál körülmények között jellemző értékeket:
r = (p V) / (T) = (101,325 kPa 22.4 L) / (1 mol 273K) = 8,31 J / mol.K)
Példák problémamegoldásra
1. példa A gáz térfogatának normál állapotba hozása.
Mekkora térfogatú (n.u.) vesz fel 0,4 × 10 -3 m 3 gázt 50 0 С-on és 0,954 × 10 5 Pa nyomáson?
Megoldás. A gáz térfogatának normál állapotba hozásához egy általános képletet használnak, amely egyesíti Boyle-Mariotte és Gay-Lussac törvényeit:
pV / T = p 0 V 0 / T 0.
A gáz térfogata (n.a.) egyenlő, ahol T 0 = 273 K; p 0 = 1,013 × 105 Pa; T = 273 + 50 = 323 K;
m 3 = 0,32 × 10 -3 m 3.
A (n.o.) helyen a gáz 0,32 × 10 -3 m 3 térfogatot foglal el.
2. példa A gáz relatív sűrűségének kiszámítása a molekulatömeg alapján.
Számítsa ki az etán C 2 H 6 sűrűségét hidrogénben és levegőben!
Megoldás. Avogadro törvényéből következik, hogy az egyik gáz relatív sűrűsége a másikban egyenlő a molekulatömegek arányával ( M h) e gázok közül, azaz D = M 1 / M 2... Ha M 1 C2H6 = 30, M 2 H2 = 2, a levegő átlagos molekulatömege 29, akkor az etán hidrogénhez viszonyított relatív sűrűsége D H2 = 30/2 =15.
Az etán relatív sűrűsége levegőben: D levegő= 30/29 = 1,03, azaz Az etán 15-ször nehezebb a hidrogénnél és 1,03-szor nehezebb a levegőnél.
3. példa Gázelegy átlagos molekulatömegének meghatározása relatív sűrűséggel.
Számítsa ki egy 80% metánból és 20% oxigénből álló gázkeverék átlagos molekulatömegét (térfogat szerint) a gázok relatív hidrogénsűrűsége alapján!
Megoldás. A számításokat gyakran a keverési szabály szerint végzik, amely szerint egy kétkomponensű gázelegyben a gázok térfogatának aránya fordítottan arányos a keverék sűrűsége és a keveréket alkotó gázok sűrűsége közötti különbségekkel. . Jelöljük a gázelegy relatív sűrűségét az átmenő hidrogénhez viszonyítva D H2. nagyobb lesz, mint a metán sűrűsége, de kisebb, mint az oxigén sűrűsége:
80D H2 - 640 = 320 - 20 D H2; D H2 = 9,6.
Ennek a gázelegynek a hidrogénsűrűsége 9,6. gázelegy átlagos molekulatömege M H2 = 2 D H2 = 9,6 × 2 = 19,2.
4. példa A gáz moláris tömegének kiszámítása.
A 0,327 × 10 -3 m 3 gáz tömege 13 0 C-on és 1,040 × 10 5 Pa nyomáson 0,828 × 10 -3 kg. Számítsa ki a gáz moláris tömegét!
Megoldás. A Mengyelejev-Clapeyron egyenlet segítségével kiszámíthatja a gáz moláris tömegét:
ahol m- gáztömeg; M- gáz moláris tömege; R- moláris (univerzális) gázállandó, melynek értékét az elfogadott mértékegységek határozzák meg.
Ha a nyomást Pa-ban, a térfogatot m 3 -ben mérjük, akkor R= 8,3144 × 103 J / (kmol × K).
Bármely gáznemű anyag összetételének megismeréséhez tudnia kell olyan fogalmakkal dolgozni, mint az anyag moláris térfogata, moláris tömege és sűrűsége. Ebben a cikkben megvizsgáljuk, mi a moláris térfogat, és hogyan kell kiszámítani?
Anyagmennyiség
Kvantitatív számításokat végeznek egy adott folyamat tényleges végrehajtása vagy egy bizonyos anyag összetételének és szerkezetének megállapítása érdekében. Ezeket a számításokat kényelmetlen elvégezni az atomok vagy molekulák tömegének abszolút értékeivel, mivel nagyon kicsik. A legtöbb esetben a relatív atomtömegek sem használhatók, mivel ezek nem kapcsolódnak egy anyag tömegének vagy térfogatának általánosan elfogadott mértékéhez. Ezért bevezették az anyag mennyiségének fogalmát, amelyet a görög v (nu) vagy n betűvel jelölnek. Egy anyag mennyisége arányos az anyagban található szerkezeti egységek (molekulák, atomi részecskék) számával.
Az anyag mennyiségének mértékegysége a mól.
A mól az anyagnak az a mennyisége, amely annyi szerkezeti egységet tartalmaz, ahány atom van 12 g szénizotópban.
1 atom tömege 12 amu. e.m. tehát a szénizotóp 12 g-jában lévő atomok száma egyenlő:
Na = 12 g / 12 * 1,66057 * 10 fokban - 24 g = 6,0221 * 10 23 fokban
A Na fizikai mennyiséget Avogadro-állandónak nevezzük. Bármely anyag egy mólja 6,02 * 10-et tartalmaz 23 részecske erejéig.
Rizs. 1. Avogadro törvénye.
A gáz moláris térfogata
A gáz moláris térfogata az anyag térfogatának és az anyag mennyiségének aránya. Ezt az értéket úgy számítjuk ki, hogy az anyag moláris tömegét elosztjuk a sűrűségével a következő képlet segítségével:
ahol Vm a moláris térfogat, M a moláris tömeg és p az anyag sűrűsége.
Rizs. 2. Moláris térfogat képlete.
A Cu nemzetközi rendszerben a gáznemű anyagok moláris térfogatának mérését köbméter per mólban (m 3 / mol) végzik.
A gáznemű anyagok moláris térfogata abban különbözik a folyékony és szilárd halmazállapotú anyagoktól, hogy egy 1 mol mennyiségű gáznemű elem mindig azonos térfogatot foglal el (ha ugyanazokat a paramétereket figyeljük meg).
A gáz térfogata a hőmérséklettől és a nyomástól függ, ezért a számítás során a gáz térfogatát normál körülmények között kell figyelembe venni. Normál körülményeknek a 0 fokos hőmérsékletet és a 101,325 kPa nyomást tekintjük. 1 mol gáz moláris térfogata normál körülmények között mindig azonos, és egyenlő 22,41 dm 3 / mol. Ezt a térfogatot ideális gáz moláris térfogatnak nevezzük. Vagyis 1 mól bármely gázban (oxigén, hidrogén, levegő) a térfogata 22,41 dm 3 / m.
Rizs. 3. A gáz moláris térfogata normál körülmények között.
A "gázok moláris térfogata" táblázat
Az alábbi táblázat néhány gáz térfogatát mutatja:
| Gáz | Moláris térfogat, l |
| H 2 | 22,432 |
| O 2 | 22,391 |
| Cl 2 | 22,022 |
| CO 2 | 22,263 |
| NH 3 | 22,065 |
| SO 2 | 21,888 |
| Ideál | 22,41383 |
Mit tanultunk?
A kémiában vizsgált gáz moláris térfogata (8. fokozat), a moláris tömeggel és sűrűséggel együtt szükséges mennyiségek egy kémiai anyag összetételének meghatározásához. A moláris gáz jellemzője, hogy egy mól gáz mindig azonos térfogatot tartalmaz. Ezt a térfogatot a gáz moláris térfogatának nevezzük.
Teszt téma szerint
A jelentés értékelése
Átlagos értékelés: 4.3. Összes értékelés: 182.
A problémák megoldása előtt meg kell tanulnia a képleteket és szabályokat a gáz térfogatának meghatározásához. Emlékeznünk kell Avogadro törvényére. Maga a gáztérfogat pedig több képlettel is kiszámítható, ezek közül kiválasztva a megfelelőt. A kívánt képlet kiválasztásakor nagy jelentősége van a környezeti feltételeknek, különösen a hőmérsékletnek és a nyomásnak.
Avogadro törvénye
Azt mondja, hogy azonos nyomáson és azonos hőmérsékleten, azonos térfogatú különböző gázokban ugyanannyi molekula található. Az egy mólban lévő gázmolekulák száma Avogadro száma. Ebből a törvényből következik, hogy: 1 Kmol (kilomol) ideális gáz, és bármely, azonos nyomáson és hőmérsékleten (760 Hgmm és t = 0 * C) mindig egy térfogat = 22,4136 m3-t foglal el.
Hogyan határozzuk meg a gáz térfogatát
- A V = n * Vm képlet leggyakrabban a feladatokban található meg. Itt a gáz térfogata literben V, Vm a gáz moláris térfogata (l / mol), amely normál körülmények között = 22,4 l / mol, és n az anyag mennyisége molban. Amikor a feltételek mellett nincs anyagmennyiség, ugyanakkor van anyagtömeg, akkor ezt tesszük: n = m / M. Itt M g / mol (az anyag moláris tömege), és az anyag tömege grammban m. A periódusos rendszerben minden elem alá, annak atomtömegére van írva. Hozzáadjuk az összes masszát, és megkapjuk a kívántat.
- Tehát hogyan kell kiszámítani a gáz térfogatát. Itt van a probléma: oldjunk fel 10 g alumíniumot sósavban. Kérdés: mennyi hidrogén szabadulhat fel n alatt. nál nél.? A reakcióegyenlet így néz ki: 2Al + 6HCl (ex) = 2AlCl3 + 3H2. A legelején találunk alumíniumot (mennyiség), amely a következő képlet szerint reagált: n (Al) = m (Al) / M (Al). Az alumínium tömegét (moláris) a periódusos rendszerből vesszük M (Al) = 27g / mol. Helyettesítő anyag: n (Al) = 10/27 = 0,37 mol. A kémiai egyenletből látható, hogy 2 mol alumínium feloldásával 3 mol hidrogén keletkezett. Ki kell számítani, hogy mennyi hidrogén szabadul fel 0,4 mol alumíniumból: n (H2) = 3 * 0,37 / 2 = 0,56 mol. Helyettesítsük be az adatokat a képletbe, és keressük meg ennek a gáznak a térfogatát. V = n * Vm = 0,56 * 22,4 = 12,54 liter.
Azokból a rendelkezésekből, amelyek szerint bármely anyag egy mólja tartalmazza ennek az anyagnak az Avogadro számával megegyező számú részecskéjét, és azonos mennyiségű különböző gáz részecskéi azonos fizikai körülmények között azonos mennyiségben, a következmény a következő:
azonos mennyiségű gáznemű anyag azonos fizikai körülmények között azonos térfogatot foglal el
Például bármely gáz egy mól térfogata (at p, T = állandó) ugyanaz az érték. Ebből következően a gázok részvételével lezajló reakció egyenlete nemcsak mennyiségük és tömegük arányát határozza meg, hanem térfogatukat is.
a gáz moláris térfogata (V M) annak a gáznak a térfogata, amely 1 mól gázt tartalmaz
V M = V / n
A gáz moláris térfogatának egysége SI-ben köbméter per mól (m 3 / mol), de gyakrabban használják a tört egységeket - liter (köb deciméter) per mol (l / mol, dm 3 / mol) és mlliliter ( köbcentiméter) per mól (cm 3 / mol).
Bármely gáz móltérfogatának meghatározásával összhangban a térfogatának aránya V a mennyiséghez n azonos lesz, feltéve, hogy ideális gázról van szó.
Normál körülmények között (n.a.) - 101,3 kPa, 0 ° С - az ideális gáz moláris térfogata
V M = 2,241381 · 10 -2 m 3 / mol ≈ 22,4 L / mol
A kémiai számításoknál 22,4 L / mol kerekített értéket használnak, mivel a pontos érték egy ideális gázra vonatkozik, és a legtöbb valódi gáz tulajdonságaiban különbözik tőle. A nagyon alacsony egyensúlyi kondenzációs hőmérsékletű (H 2, O 2, N 2) valódi gázok térfogata normál körülmények között csaknem 22,4 l / mol, a magas hőmérsékleten kondenzálódó gázok moláris térfogata pedig valamivel kisebb n. u -nál. : CO 2 - 22,26 l / mol, NH 3 - 22,08 l / mol.
Egy adott gáz térfogatának adott körülmények között történő ismeretében meghatározható az ebben a térfogatban lévő anyagok mennyisége, és fordítva, egy adott gázrészletben lévő anyag mennyiségével ennek a résznek a térfogatát:
n = V/VM; V = V M * n
A gáz moláris térfogata normál szinten egy alapvető fizikai állandó, amelyet széles körben használnak a kémiai számításokban. Lehetővé teszi a gáz térfogatának használatát a tömege helyett, ami nagyon kényelmes az analitikai kémiában (a térfogat mérésén alapuló gázelemzők), mivel könnyebb mérni a gáz térfogatát, mint a tömegét.
A gáz moláris térfogatának értéke normál körülmények között. az Avogadro és Loschmidt állandók közötti arányossági együttható:
V M = N A / N L = 6,022 10 23 (mol -1) / 2,24 10 4 (cm 3 / mol) = 2,69 10 19 (cm -3)
A gáz moláris térfogatának és moláris tömegének értékeivel meghatározható a gáz sűrűsége:
ρ = M / V M
A gáznemű anyagok (reagensek, termékek) ekvivalenstörvényén alapuló számításoknál az ekvivalens tömeg helyett célszerűbb az ekvivalens térfogatot használni, amely az adott gáz egy részének térfogatának az ekvivalenshez viszonyított aránya. az anyag mennyisége ebben a részben:
V eq = V / n eq = V / zn = V M / z; (p, T = állandó)
Az ekvivalens térfogat egysége megegyezik a moláris térfogat egységével. Az ekvivalens gáztérfogat értéke csak egy adott reakcióban egy adott gáz állandója, mivel ez függ az ekvivalencia tényezőtől f eq.
A gáz moláris térfogata
A gáz moláris térfogata Abból az előírásból, hogy bármely anyag egy móljába az Avogadro-számmal megegyező számú részecskék tartoznak, és hogy azonos számú különböző gáz részecskéi azonosak.
Gázmennyiség normál körülmények között
1. téma
7. LECKE
Téma. Gázok moláris térfogata. A gáz térfogatának kiszámítása normál körülmények között
Az óra céljai: a tanulók megismertetése a „moláris térfogat” fogalmával; feltárni a „móltérfogat” fogalmának gáznemű anyagokra való használatának jellemzőit; tanítsa meg a tanulókat a megszerzett ismeretek felhasználásával a gázok térfogatának normál körülmények között történő kiszámításához.
Az óra típusa: kombinált.
Munkaformák: tanári mese, irányított gyakorlat.
Felszerelés: D. I. Mengyelejev kémiai elemeinek periódusos táblázata, kártyák feladatokkal, 22,4 literes kocka (28,2 cm-es oldallal).
II. Házi feladatok ellenőrzése, alapismeretek frissítése
A tanulók a házi feladatot papírlapokra veszik áttekintésre.
1) Mi az „anyag mennyisége”?
2) Egy anyag mennyiségének mérésére szolgáló mértékegység.
3) Hány részecske van 1 mól anyagban?
4) Mi a kapcsolat egy anyag mennyisége és az aggregáltsági állapot között, amelyben ez az anyag található?
5) Hány vízmolekula van 1 mól jégben?
6) Mi a helyzet 1 mól folyékony vízzel?
7) 1 mol vízgőzben?
8) Mekkora tömegük lesz:
III. Új anyagok tanulása
Problémahelyzet kialakítása, megoldása Problémás kérdés. Mennyibe kerül:
Ezekre a kérdésekre nem tudunk azonnal válaszolni, mert egy anyag térfogata az anyag sűrűségétől függ. És a V = m / ρ képlet szerint a térfogat eltérő lesz. 1 mól gőz nagyobb térfogatot vesz fel, mint 1 mól víz vagy jég.
Mivel a folyékony és a gáznemű anyagokban a vízmolekulák távolsága eltérő.
Sok tudós tanulmányozta a gáznemű anyagokat. Ennek a kérdésnek a vizsgálatához jelentős mértékben hozzájárult Joseph Louis Gay-Lussac francia kémikus és Robert Boyle angol fizikus, akik számos fizikai törvényt fogalmaztak meg a gázok állapotára vonatkozóan.
Ismered ezeket a mintákat?
Minden gáz egyformán sűrített és azonos hőtágulási együtthatóval rendelkezik. A gázok térfogata nem az egyes molekulák méretétől, hanem a molekulák közötti távolságtól függ. A molekulák közötti távolság mozgási sebességüktől, energiájuktól és ennek megfelelően a hőmérséklettől függ.
E törvények és kutatásai alapján Amedeo Avogadro olasz tudós megfogalmazta a törvényt:
Különböző gázok azonos térfogatai azonos számú molekulát tartalmaznak.
Normál körülmények között a gáznemű anyagok molekulaszerkezettel rendelkeznek. A gázmolekulák nagyon kicsik a köztük lévő távolsághoz képest. Ezért a gáz térfogatát nem a részecskék (molekulák) mérete határozza meg, hanem a köztük lévő távolság, amely megközelítőleg minden gáznál azonos.
A. Avogadro arra a következtetésre jutott, hogy ha bármilyen gázból 1 mol, azaz 6,02 · 1023 molekulát veszünk, akkor azok ugyanazt a térfogatot foglalják el. De ugyanakkor ezt a térfogatot azonos körülmények között mérik, azaz azonos hőmérsékleten és nyomáson.
Az ilyen számítások elvégzésének feltételeit normál feltételeknek nevezték.
Normál körülmények (n.c.):
T = 273 K vagy t = 0 °C
P = 101,3 kPa vagy P = 1 atm. = 760 Hgmm. Művészet.
Az anyag 1 mol térfogatát moláris térfogatnak (Vm) nevezzük. Gázoknál normál körülmények között ez 22,4 l/mol.
Egy 22,4 literes kocka látható a kijelzőn.
Egy ilyen kocka 6,02-1023 molekulát tartalmaz bármilyen gázból, például oxigénből, hidrogénből, ammóniából (NH 3), metánból (CH4).
Milyen feltételekkel?
0 ° C hőmérsékleten és 760 Hgmm nyomáson. Művészet.
Avogadro törvényéből az következik, hogy
ahol Vm = 22,4 l/mol bármely gázra n-en. v.
Tehát a gáz térfogatának ismeretében kiszámíthatja az anyag mennyiségét, és fordítva.
IV. A készségek és képességek kialakulása
Gyakorolj példával
Számítsd ki, mekkora térfogatot foglal el 3 mol oxigén n-nél. v.
Számítsa ki a szén (IV) oxid molekulák számát 44,8 literes térfogatban (n.v).
2) Számítsuk ki a С O 2 molekulák számát a képletekkel:
N (CO 2) = 2 mol 6,02 1023 molekula / mol = 12,04 1023 molekula.
Válasz: 12,04 1023 molekula.
Számítsuk ki a 112 g tömegű (n.v.) nitrogén térfogatát.
V (N 2) = 4 mol · 22,4 L / mol = 89,6 L.
V. Házi feladat
Dolgozzuk át a tankönyv vonatkozó bekezdését, válaszoljunk a kérdésekre!
Kreatív feladat (házi gyakorlat). Oldja meg egyedül a 2., 4., 6. feladatot a térképről.
Kártyafeladat a 7. leckéhez
Számítsuk ki 7 mol nitrogén N 2 térfogatát (n.v.).
Számítsa ki a 112 literes hidrogénmolekulák számát!
(Válasz: 30,1 1023 molekula)
Számítsd ki 340 g hidrogén-szulfid térfogatát!
Gázmennyiség normál körülmények között
Gázok moláris térfogata. A gáz térfogatának kiszámítása normál körülmények között - ANYAG MENNYISÉG. KÉMIAI KÉPLETEK SZÁMÍTÁSA - MINDEN KÉMIA ÓRA - 8. osztály - Órajegyzetek - Kémia órák - Óraterv - Óraösszefoglaló - Óratervek - Kémia óra kidolgozása - KÉMIA - Normál és akadémiai szintű iskolai program - Minden kémiaóra a 8. osztályos 12 évesek számára
Gáztörvények. Avogadro törvénye. A gáz moláris térfogata
francia tudós J.L. Meleg Lussac megalkotta a törvényt térfogati összefüggés:
Például, 1 l klór -hoz kapcsolódik 1 liter hidrogén , 2 l hidrogén-kloridot képezve ; 2 l kén-oxid (IV) csatlakoztasd 1 liter oxigén, 1 liter kén-oxidot (VI) képezve.
Ez a törvény lehetővé tette az olasz tudós számára A. Avogadro tételezzük fel, hogy egyszerű gázok molekulái ( hidrogén, oxigén, nitrogén, klór stb.
) magába foglal két egyforma atom
... Amikor a hidrogén klórral egyesül, molekuláik atomokra bomlanak, és ez utóbbiakból hidrogén-klorid molekulák jönnek létre. De mivel egy hidrogénmolekulából és egy klórmolekulából két hidrogén-klorid molekula keletkezik, az utóbbi térfogatának meg kell egyeznie a kiindulási gázok térfogatának összegével.
Így a térfogatarányok könnyen megmagyarázhatók, ha az egyszerű gázok molekuláinak kétatomos természetének koncepciójából indulunk ki ( H2, Cl2, O2, N2 stb.
) - Ez pedig bizonyítékul szolgál ezen anyagok molekuláinak kétatomos természetére.
A gázok tulajdonságainak tanulmányozása lehetővé tette A. Avogadronak, hogy hipotézist fogalmazzon meg, amelyet később kísérleti adatok is megerősítettek, ezért Avogadro törvényének nevezték:
Avogadro törvényéből egy fontos pont következik következmény: azonos körülmények között bármely gáz 1 mólja azonos térfogatot foglal el.
Ez a térfogat kiszámítható, ha a tömeg ismert 1 l gáz. Normál körülmények között (n.o.) azaz hőmérsékleten 273 K (O °C) és nyomás 101 325 Pa (760 Hgmm) , 1 liter hidrogén tömege 0,09 g, moláris tömege 1,008 2 = 2,016 g / mol. Ekkor az 1 mol hidrogén által elfoglalt térfogat normál körülmények között egyenlő 22,4 l
Ugyanilyen feltételek mellett a tömeg 1L oxigén 1,492 g ; mól- 32g/mol ... Ekkor a (n.a.) helyen lévő oxigén térfogata is egyenlő 22,4 mol.
A gáz moláris térfogata az anyag térfogatának az anyag mennyiségéhez viszonyított aránya:
ahol V m - gáz moláris térfogata (dimenzió l/mol ); V a rendszer anyagának térfogata; n - az anyag mennyisége a rendszerben. Példa a rögzítésre: V m gáz (Jól.) = 22,4 l/mol.
Az Avogadro törvénye alapján a gáznemű anyagok moláris tömegét határozzák meg. Minél nagyobb a gázmolekulák tömege, annál nagyobb egy és azonos térfogatú gáz tömege. Azonos körülmények között azonos térfogatú gázok azonos számú molekulát, következésképpen a gázmólokat tartalmaznak. Az egyenlő térfogatú gázok tömegének aránya megegyezik moláris tömegük arányával:
ahol m 1 - az első gáz bizonyos térfogatának tömege; m 2 - a második gáz azonos térfogatú tömege; M 1 és M 2 - az első és a második gáz moláris tömege.
Általában a gáz sűrűségét a legkönnyebb gázhoz, a hidrogénhez viszonyítva határozzák meg (jelöljük D H2 ). A hidrogén moláris tömege az 2g/mol ... Ezért kapunk.
A gáz halmazállapotú anyag molekulatömege megegyezik a hidrogén kétszeres sűrűségével.
A gáz sűrűségét gyakran a levegőhöz viszonyítva mérik. (D B ) ... Bár a levegő gázok keveréke, mégis átlagos moláris tömegéről beszélünk. Ez egyenlő 29 g / mol. Ebben az esetben a moláris tömeget a kifejezés határozza meg M = 29D B .
A molekulatömeg meghatározása azt mutatta, hogy az egyszerű gázok molekulái két atomból állnak (H2, F2, Cl2, O2 N2) , és inert gázok molekulái - egy atomból (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn). A nemesgázok esetében a "molekula" és az "atom" egyenértékű.
Boyle törvénye – Mariotte:
állandó hőmérsékleten egy adott mennyiségű gáz térfogata fordítottan arányos a nyomással, amely alatt van.Innen pV = állandó
,
ahol R
- nyomás, V
- gázmennyiség.
Meleg Lussac törvénye:
állandó nyomáson és a gáztérfogat változása egyenesen arányos a hőmérséklettel, azaz.
V / T = állandó,
ahol T
- hőmérséklet egy skálán NAK NEK
(kelvin)
Boyle - Mariotte és Gay-Lussac kombinált gáztörvénye:
pV / T = állandó.
Ezt a képletet általában egy gáz térfogatának kiszámítására használják adott körülmények között, ha a térfogata eltérő körülmények között ismert. Ha normál körülményekről (vagy normál körülményekre) történik az átmenet, akkor ezt a képletet a következőképpen írjuk le:
pV / T = p
V
/ T
,
ahol R
, V
, T
-nyomás, gáztérfogat és hőmérséklet normál körülmények között ( R
= 101 325 Pa
, T
= 273 K
V
= 22,4 l/mol)
.
Ha ismert a gáz tömege és mennyisége, de ki kell számítani a térfogatát, vagy fordítva, akkor használjuk Mengyelejev-Cliperon egyenlet:
ahol n - a gázanyag mennyisége, mol; m - súly, g; M - gáz moláris tömege, g/sárgája ; R egy univerzális gázállandó. R = 8,31 J / (mol * K)
Gáztörvények
Gáztörvények. Avogadro törvénye. A gáz moláris térfogata francia tudós J.L. Gay-Lussac megállapította a térfogati összefüggések törvényét: Például 1 liter klór egyesül 1 liter hidrogénnel, így 2
Ahol m a tömeg, M a moláris tömeg, V a térfogat.
4. Avogadro törvénye. Avogadro olasz fizikus telepítette 1811-ben. Ugyanolyan térfogatú gázok, azonos hőmérsékleten és nyomáson mérve, ugyanannyi molekulát tartalmaznak.
Így megfogalmazhatjuk az anyag mennyiségének fogalmát: 1 mól anyag 6,02 * 10 23-nak megfelelő számú részecskét tartalmaz (ezt Avogadro-állandónak nevezzük)
Ennek a törvénynek az a következménye 1 mol gáz normál körülmények között (P 0 = 101,3 kPa és T 0 = 298 K) 22,4 liternek megfelelő térfogatot foglal el.
5. Boyle-Mariotte törvénye
Állandó hőmérsékleten egy adott mennyiségű gáz térfogata fordítottan arányos a nyomással, amely alatt található:
6. Meleg-Lussac törvénye
Állandó nyomáson a gáztérfogat változása egyenesen arányos a hőmérséklettel:
V / T = állandó.
7. A gáz térfogata, nyomása és hőmérséklete közötti összefüggés kifejezhető Boyle-Mariotte és Gay-Lussac egyesített törvénye, amelyet arra használnak, hogy a gázmennyiséget egyik állapotból a másikba vigyék át:
P 0, V 0, T 0 - térfogat- és hőmérsékletnyomás normál körülmények között: P 0 = 760 Hgmm. Művészet. vagy 101,3 kPa; T 0 = 273 K (0 0 C)
8. A molekuláris érték független felmérése tömegek M segítségével lehet elvégezni az ún ideális gáz állapotegyenletek vagy a Clapeyron-Mengyelejev egyenlet :
pV = (m/M) * RT = vRT.(1.1)
ahol R - gáznyomás zárt rendszerben, V- a rendszer térfogata, T - gáz tömeg, T - abszolút hőmérséklet, R - univerzális gázállandó.
Vegye figyelembe, hogy az állandó értéke Rúgy kaphatjuk meg, hogy az (1.1) egyenletbe behelyettesítjük az egy mol gázt normál körülmények között jellemző értékeket:
r = (p V) / (T) = (101,325 kPa 22.4 L) / (1 mol 273K) = 8,31 J / mol.K)
Példák problémamegoldásra
1. példa A gáz térfogatának normál állapotba hozása.
Mekkora térfogatú (n.u.) vesz fel 0,4 × 10 -3 m 3 gázt 50 0 С-on és 0,954 × 10 5 Pa nyomáson?
Megoldás. A gáz térfogatának normál állapotba hozásához egy általános képletet használnak, amely egyesíti Boyle-Mariotte és Gay-Lussac törvényeit:
pV / T = p 0 V 0 / T 0.
A gáz térfogata (n.a.) egyenlő, ahol T 0 = 273 K; p 0 = 1,013 × 105 Pa; T = 273 + 50 = 323 K;
M 3 = 0,32 × 10 -3 m 3.
A (n.o.) helyen a gáz 0,32 × 10 -3 m 3 térfogatot foglal el.
2. példa A gáz relatív sűrűségének kiszámítása a molekulatömeg alapján.
Számítsa ki az etán C 2 H 6 sűrűségét hidrogénben és levegőben!
Megoldás. Avogadro törvényéből következik, hogy az egyik gáz relatív sűrűsége a másikban egyenlő a molekulatömegek arányával ( M h) e gázok közül, azaz D = M 1 / M 2... Ha M 1 C2H6 = 30, M 2 H2 = 2, a levegő átlagos molekulatömege 29, akkor az etán hidrogénhez viszonyított relatív sűrűsége D H2 = 30/2 =15.
Az etán relatív sűrűsége levegőben: D levegő= 30/29 = 1,03, azaz Az etán 15-ször nehezebb a hidrogénnél és 1,03-szor nehezebb a levegőnél.
3. példa Gázelegy átlagos molekulatömegének meghatározása relatív sűrűséggel.
Számítsa ki egy 80% metánból és 20% oxigénből álló gázkeverék átlagos molekulatömegét (térfogat szerint) a gázok relatív hidrogénsűrűsége alapján!
Megoldás. A számításokat gyakran a keverési szabály szerint végzik, amely szerint egy kétkomponensű gázelegyben a gázok térfogatának aránya fordítottan arányos a keverék sűrűsége és a keveréket alkotó gázok sűrűsége közötti különbségekkel. . Jelöljük a gázelegy relatív sűrűségét az átmenő hidrogénhez viszonyítva D H2. nagyobb lesz, mint a metán sűrűsége, de kisebb, mint az oxigén sűrűsége:
80D H2 - 640 = 320 - 20 D H2; D H2 = 9,6.
Ennek a gázelegynek a hidrogénsűrűsége 9,6. gázelegy átlagos molekulatömege M H2 = 2 D H2 = 9,6 × 2 = 19,2.
4. példa A gáz moláris tömegének kiszámítása.
A 0,327 × 10 -3 m 3 gáz tömege 13 0 C-on és 1,040 × 10 5 Pa nyomáson 0,828 × 10 -3 kg. Számítsa ki a gáz moláris tömegét!
Megoldás. A Mengyelejev-Clapeyron egyenlet segítségével kiszámíthatja a gáz moláris tömegét:
ahol m- gáztömeg; M- gáz moláris tömege; R- moláris (univerzális) gázállandó, melynek értékét az elfogadott mértékegységek határozzák meg.
Ha a nyomást Pa-ban, a térfogatot m 3 -ben mérjük, akkor R= 8,3144 × 103 J / (kmol × K).
3.1. A légköri levegő, a munkaterület levegőjének, valamint az ipari kibocsátások és a szénhidrogének gázvezetékekben történő mérése során probléma merül fel a mért levegő térfogatának normál (standard) állapotba hozásával. A gyakorlatban a levegőminőség mérése során gyakran nem alkalmazzák a mért koncentrációk normál körülményekre való konvertálását, aminek következtében megbízhatatlan eredmények születnek.
Íme egy részlet a szabványból:
„A méréseket a következő képlet segítségével állítjuk standard körülményekre:
C 0 = C 1 * P 0 T 1 / P 1 T 0
ahol: С 0 - az eredmény tömegegységben egységnyi levegőtérfogatban kifejezve, kg / cu. m, vagy az egységnyi levegő térfogatára jutó anyagmennyiség, mol / cu. m, normál hőmérsékleten és nyomáson;
С 1 - az eredmény tömegegységben kifejezve egységnyi levegő térfogatban, kg / cu. m, vagy az egységnyi térfogatra eső anyagmennyiség
levegő, mol / cu. m, T 1, K hőmérsékleten és P 1, kPa nyomáson.
A normál körülményekre való redukció képlete egyszerűsített formában a következőképpen alakul: (2)
C 1 = C 0 * f, ahol f = P 1 T 0 / P 0 T 1
normál konverziós tényező a normalizáláshoz. A levegő és a szennyeződések paramétereit különböző hőmérséklet-, nyomás- és páratartalom-értékeken mérik. Az eredmények standard feltételekhez vezetnek a különböző helyeken és különböző éghajlatokon mért levegőminőségi paraméterek összehasonlításához.
3.2 Ipari normál körülmények
A normál körülmények azok a standard fizikai feltételek, amelyekhez az anyagok tulajdonságai (normál hőmérséklet és nyomás, STP) általában kapcsolódnak. A referenciafeltételeket az IUPAC (International Union of Practical and Applied Chemistry) határozza meg a következők szerint: Légköri nyomás 101325 Pa = 760 Hgmm Levegő hőmérséklet 273,15 K = 0 °C.
A szabványos feltételek (Standard Ambient Temperature and Pressure, SATP) a normál környezeti hőmérséklet és nyomás: nyomás 1 Bar = 10 5 Pa = 750,06 mm T. st .; hőmérséklet 298,15 K = 25 °C.
Más területek.
Levegőminőség mérések.
A munkaterület levegőjében lévő káros anyagok koncentrációjának mérési eredményei a következő feltételekhez vezetnek: hőmérséklet 293 K (20 °C) és nyomás 101,3 kPa (760 Hgmm).
A szennyezőanyag-kibocsátás aerodinamikai paramétereit a vonatkozó kormányzati szabványoknak megfelelően kell mérni. A műszeres mérések eredményeiből nyert füstgázok térfogatát normál állapotra kell állítani (n.o.): 0 ° С, 101,3 kPa .
Repülés.
A Nemzetközi Polgári Repülési Szervezet (ICAO) nemzetközi szabványos légkört (ISA) határoz meg a tengerszinten 15 °C-os hőmérséklettel, 101325 Pa légköri nyomással és 0%-os relatív páratartalommal. Ezeket a paramétereket a repülőgépek mozgásának kiszámításakor használják.
Gáz létesítmények.
Az Orosz Föderáció gázipara a fogyasztókkal való elszámolások során a GOST 2939-63 szerinti légköri feltételeket alkalmazza: hőmérséklet 20 ° C (293,15 K); nyomás 760 Hgmm. Művészet. (101325 N/m²); páratartalom 0. Így egy köbméter gáz tömege a GOST 2939-63 szerint valamivel kisebb, mint "kémiai" normál körülmények között.
Tesztelés
Gépek, műszerek és egyéb műszaki termékek teszteléséhez a következőket veszik az éghajlati tényezők normál értékére a terméktesztelés során (normál klimatikus vizsgálati körülmények):
Hőmérséklet - plusz 25 ° ± 10 ° С; Relatív páratartalom - 45-80%
Légköri nyomás 84-106 kPa (630-800 Hgmm)
Mérőműszerek hitelesítése
A leggyakoribb normál befolyásoló mennyiségek névleges értékeit a következőképpen választjuk ki: Hőmérséklet - 293 K (20 °C), légköri nyomás - 101,3 kPa (760 Hgmm).
Jegyrendszer
A levegőminőségi szabványok megállapítására vonatkozó iránymutatások jelzik, hogy a környezeti levegőben lévő MPC-k normál beltéri körülmények között vannak beállítva, pl. 20 C és 760 mm. rt. Művészet.
