Dujų tyrimo vadovas

Dujų chemijos studijų vadovas

Dujos yra medžiagos būsena, neturinti apibrėžtos formos ar tūrio. dujų turi savo unikalų elgesį, priklausantį nuo įvairių kintamųjų, tokių kaip temperatūra, slėgis ir tūris. Nors visos dujos yra skirtingos, visos dujos veikia panašiai. Šiame studijų vadove pabrėžiamos sąvokos ir dėsniai, susiję su dujų chemija.

Dujų savybės

Dujų balionas. Paul Taylor, Getty Images

Dujos yra a materijos būsena . Dalelės, sudarančios dujas, gali būti įvairios iš atskirų atomų į sudėtingos molekulės . Kita bendroji informacija apie dujas:

• Dujos įgauna savo talpyklos formą ir tūrį.
• Dujų tankis yra mažesnis nei jų kietosios ar skystosios fazės.
• Dujos yra lengviau suspaudžiamos nei jų kietosios ar skystosios fazės.
• Dujos visiškai ir tolygiai susimaišys, kai jų tūris bus toks pat.
• Visi VIII grupės elementai yra dujos. Šios dujos yra žinomos kaip tauriųjų dujų .
• Elementai, kurie kambario temperatūroje ir normalaus slėgio yra dujos, yra visi nemetalai .

Slėgis

Slėgis yra a matas jėgos dydis ploto vienetui. Dujų slėgis yra jėgos, kurią dujos veikia savo tūrio paviršių, dydis. Aukšto slėgio dujos veikia didesnę jėgą nei žemo slėgio dujos.
The TAIP slėgio vienetas yra paskalis (simbolis Pa). Paskalis yra lygus 1 niutono jėgai kvadratiniam metrui. Šis įrenginys nėra labai naudingas dirbant su dujomis realiomis sąlygomis, tačiau tai yra standartas, kurį galima išmatuoti ir atkurti. Laikui bėgant buvo sukurta daug kitų slėgio įrenginių, daugiausia susijusių su mums geriausiai pažįstamomis dujomis: oru. Problema su oru, slėgis nėra pastovus. Oro slėgis priklauso nuo aukščio virš jūros lygio ir daugelio kitų veiksnių. Daugelis slėgio vienetų iš pradžių buvo pagrįsti vidutiniu oro slėgiu jūros lygyje, tačiau tapo standartizuoti.

Temperatūra

Temperatūra yra medžiagos savybė, susijusi su sudedamųjų dalelių energijos kiekiu.
Šiam energijos kiekiui matuoti buvo sukurtos kelios temperatūros skalės, tačiau standartinė SI skalė yra Kelvino temperatūros skalė . Kitos dvi dažnos temperatūros skalės yra Farenheito (°F) ir Celsijaus (°C) skalės.
The Kelvino skalė yra absoliuti temperatūros skalė ir naudojama beveik visuose dujų skaičiavimuose. Dirbant su dujų problemomis svarbu konvertuoti temperatūros rodmenis į Kelviną.
Perskaičiavimo tarp temperatūros skalių formulės:
K = °C + 273,15
°C = 5/9 (°F – 32)
°F = 9/5 °C + 32

STP – standartinė temperatūra ir slėgis

STP reiškia standartinė temperatūra ir spaudimas. Tai reiškia sąlygas, kai 1 atmosferos slėgis 273 K (0 °C). STP dažniausiai naudojamas skaičiavimams, susijusiems su dujų tankiu arba kitais atvejais standartinės valstybės sąlygos .
STP idealių dujų molis užims 22,4 litro tūrį.

Daltono dalinio slėgio dėsnis

Daltono dėsnis teigia, kad bendras dujų mišinio slėgis yra lygus visų atskirų sudedamųjų dujų slėgių sumai.
P_viso= P_{Dujos 1}+ P_{Dujos 2}+ P_{Dujos 3}+...
Yra žinomas atskiras sudedamųjų dujų slėgis kaip dalinis slėgis dujų. Dalinis slėgis apskaičiuojamas pagal formulę
P_i= X_iP_viso
kur
P_i= atskirų dujų dalinis slėgis
P_viso= bendras slėgis
X_i= atskirų dujų molinė dalis
Molinė dalis, X_i, apskaičiuojamas atskirų dujų molių skaičių padalijus iš bendro sumaišytų dujų molių skaičiaus.

Avogadro dujų įstatymas

Avogadro dėsnis teigia, kad dujų tūris yra tiesiogiai proporcingas apgamų skaičius dujų, kai slėgis ir temperatūra išlieka pastovūs. Iš esmės: dujos turi tūrį. Įpilkite daugiau dujų, dujos užima daugiau tūrio, jei slėgis ir temperatūra nesikeičia.
V = kn
kur
V = tūris k = konstanta n = molių skaičius
Avogadro dėsnį taip pat galima išreikšti kaip
IN_i/n_i= V_f/n_f
kur
IN_iir V_fyra pradinis ir galutinis tomai
n_iir n_fyra pradinis ir galutinis apgamų skaičius

Boyle'o dujų įstatymas

Boyle'o dujų įstatymas teigia, kad dujų tūris yra atvirkščiai proporcingas slėgiui, kai temperatūra palaikoma pastovi.
P = k/V
kur
P = slėgis
k = konstanta
V = tūris
Boilio dėsnį taip pat galima išreikšti kaip
P_iIN_i= P_fIN_f
kur P_iir P_fyra pradinis ir galutinis slėgis V_iir V_fyra pradinis ir galutinis slėgis
Didėjant tūriui, slėgis mažėja arba tūriui mažėjant slėgis padidės.

Charleso dujų įstatymas

Charleso dujų įstatymas teigia, kad dujų tūris yra proporcingas jų absoliučiai temperatūrai, kai slėgis yra pastovus.
V = kT
kur
V = tūris
k = konstanta
T = absoliuti temperatūra
Charleso dėsnis taip pat gali būti išreikštas kaip
IN_i/T_i= V_f/T_i
kur V_iir V_fyra pradinis ir galutinis tomai
T_iir t_fyra pradinė ir galutinė absoliuti temperatūra
Jei slėgis yra pastovus ir temperatūra didėja, dujų tūris padidės. Dujoms atvėstant tūris mažės.

Guy-Lussac dujų įstatymas

Vaikinas -Lussac dujų įstatymas teigia, kad dujų slėgis yra proporcingas jų absoliučiai temperatūrai, kai jų tūris yra pastovus.
P = kT
kur
P = slėgis
k = konstanta
T = absoliuti temperatūra
Guy-Lussac dėsnį taip pat galima išreikšti kaip
P_i/T_i= P_f/T_i
kur P_iir P_fyra pradinis ir galutinis slėgis
T_iir t_fyra pradinė ir galutinė absoliuti temperatūra
Jei temperatūra pakyla, dujų slėgis padidės, jei jų tūris bus pastovus. Dujoms atvėstant slėgis sumažės.

Idealiųjų dujų įstatymas arba kombinuotųjų dujų įstatymas

Idealiųjų dujų įstatymas, taip pat žinomas kaip kombinuotas dujų įstatymas , yra visų derinys kintamieji ankstesniuose dujų įstatymuose . The Idealiųjų dujų įstatymas išreiškiamas formule
PV = nRT
kur
P = slėgis
V = tūris
n = dujų molių skaičius
R = ideali dujų konstanta
T = absoliuti temperatūra
R reikšmė priklauso nuo slėgio, tūrio ir temperatūros vienetų.
R = 0,0821 litras·atm/mol·K (P = atm, V = L ir T = K)
R = 8,3145 J/mol·K (slėgis x tūris yra energija, T = K)
R = 8,2057 m³·atm/mol·K (P = atm, V = kubiniai metrai ir T = K)
R = 62,3637 L·Torr/mol·K arba L·mmHg/mol·K (P = torr arba mmHg, V = L ir T = K)
Idealus dujų įstatymas gerai tinka dujoms normaliomis sąlygomis. Nepalankios sąlygos yra aukštas slėgis ir labai žema temperatūra.

Kinetinė dujų teorija

Kinetinė dujų teorija yra modelis, paaiškinantis idealių dujų savybes. Modelis daro keturias pagrindines prielaidas:

1. Manoma, kad atskirų dalelių, sudarančių dujas, tūris yra nereikšmingas, palyginti su dujų tūriu.
2. Dalelės nuolat juda. Susidūrimai tarp dalelių ir konteinerio kraštų sukelia dujų slėgį.
3. Atskiros dujų dalelės neveikia viena kitos jokios jėgos.
4. Vidutinė dujų kinetinė energija yra tiesiogiai proporcinga absoliučiai dujų temperatūrai. Dujų mišinio tam tikroje temperatūroje dujos turės tą pačią vidutinę kinetinę energiją.

Vidutinė dujų kinetinė energija išreiškiama formule:
KE_pr= 3RT/2
kur
KE_pr= vidutinė kinetinė energija R = idealiųjų dujų konstanta
T = absoliuti temperatūra
The vidutinis greitis arba atskirų dujų dalelių vidutinį kvadratinį greitį galima rasti naudojant formulę
in_rms= [3RT/M]^1/2
kur
in_rms= vidutinis arba šaknis vidurkis kvadratinis greitis
R = idealiųjų dujų konstanta
T = absoliuti temperatūra
M = molinė masė

Dujų tankis

The idealių dujų tankis galima apskaičiuoti naudojant formulę
ρ = PM/RT
kur
ρ = tankis
P = slėgis
M = molinė masė
R = idealiųjų dujų konstanta
T = absoliuti temperatūra

Grahamo difuzijos ir išsiliejimo dėsnis

Greimo dėsnis atates difuzijos greitis arba dujų išsiliejimas yra atvirkščiai proporcingas dujų molinės masės kvadratinei šaknis.
r(M)^1/2= pastovus
kur
r = difuzijos arba efuzijos greitis
M = molinė masė
Dviejų dujų greitį galima palyginti tarpusavyje naudojant formulę
r₁/r_du= (M_du)^1/2/(M₁)^1/2

Karališkosios dujos

Idealiųjų dujų dėsnis yra geras tikrų dujų elgsenos aproksimacija. Idealiųjų dujų įstatyme numatytos vertės paprastai neviršija 5 % išmatuotų realaus pasaulio verčių. Idealiųjų dujų dėsnis žlunga, kai dujų slėgis yra labai aukštas arba temperatūra labai žema. Van der Waalso lygtis turi dvi idealių dujų dėsnio modifikacijas ir naudojama siekiant tiksliau numatyti tikrų dujų elgseną.
Van der Waalso lygtis yra
(P + an^du/IN^du)(V – nb) = nRT
kur
P = slėgis
V = tūris
a = dujų slėgio korekcijos konstanta
b = unikali dujų tūrio pataisos konstanta
n = dujų molių skaičius
T = absoliuti temperatūra
Van der Waals lygtis apima slėgio ir tūrio pataisą, kad būtų atsižvelgta į molekulių sąveiką. Skirtingai nuo idealių dujų, atskiros realių dujų dalelės sąveikauja viena su kita ir turi tam tikrą tūrį. Kadangi kiekvienos dujos yra skirtingos, kiekvienos dujos turi savo a ir b pataisas arba vertes van der Waals lygtyje.

Praktikos darbalapis ir testas

Išbandykite tai, ką išmokote. Išbandykite šiuos spausdinamus dujų įstatymų darbalapius:
Dujų įstatymų darbalapis
Dujų įstatymų darbalapis su atsakymais
Dujų įstatymų darbalapis su atsakymais ir parodytais darbais
Taip pat yra a dujų teisės praktikos testas su atsakymais prieinama.