El gas ideal, l'equació d'estat del gas ideal, la seva temperatura i pressió, volum… la llista de paràmetres i definicions utilitzats en l'apartat corresponent de física es pot continuar durant força temps. Avui parlarem només d'aquest tema.
Què es considera a la física molecular?
L'objecte principal considerat en aquesta secció és un gas ideal. L'equació d'estat del gas ideal es va obtenir tenint en compte les condicions ambientals normals, i d'això en parlarem una mica més endavant. Ara abordem aquest "problema" des de lluny.
Diguem que tenim una mica de massa de gas. El seu estat es pot determinar mitjançant tres paràmetres de naturalesa termodinàmica. Aquests són, per descomptat, pressió, volum i temperatura. L'equació de l'estat del sistema en aquest cas serà la fórmula per a la relació entre els paràmetres corresponents. Sembla així: F (p, V, T)=0.
Aquí, per primera vegada, ens estem apropant a poc a poc a l'aparició d'una cosa com a idealgas. S'anomena gas en el qual les interaccions entre molècules són insignificants. En general, això no existeix a la natura. No obstant això, qualsevol gas molt rarificat és a prop. El nitrogen, l'oxigen i l'aire, que es troben en condicions normals, difereixen poc de l'ideal. Per escriure l'equació d'estat d'un gas ideal, podem utilitzar la llei unificada dels gasos. Obtenim: pV/T=const.
Concepte relacionat 1: Llei d'Avogadro
Ens pot dir que si agafem el mateix nombre de mols de qualsevol gas a l'atzar i els posem en les mateixes condicions, incloent temperatura i pressió, aleshores els gasos ocuparan el mateix volum. En particular, l'experiment es va dur a terme en condicions normals. Això vol dir que la temperatura era de 273,15 Kelvin, la pressió era d'una atmosfera (760 mil·límetres de mercuri, o 101325 Pascals). Amb aquests paràmetres, el gas ocupava un volum igual a 22,4 litres. Per tant, podem dir que per a un mol de qualsevol gas, la relació dels paràmetres numèrics serà un valor constant. És per això que es va decidir designar aquesta figura amb la lletra R i anomenar-la constant de gas universal. Per tant, és igual a 8,31. La unitat és J/molK.
Gas ideal. L'equació d'estat dels gasos ideals i la seva manipulació
Intentem reescriure la fórmula. Per fer-ho, ho escrivim d'aquesta forma: pV=RT. A continuació, realitzem una acció senzilla, multipliquem els dos costats de l'equació per un nombre arbitrari de mols. Obtenim pVu=uRT. Tinguem en compte el fet que el producte del volum molar ila quantitat de matèria és simplement el volum. Però després de tot, el nombre de mols serà simultàniament igual al quocient de la massa i la massa molar. Això és exactament el que sembla l'equació de Mendeleiev-Clapeyron. Dóna una idea clara de quin tipus de sistema es forma un gas ideal. L'equació d'estat d'un gas ideal tindrà la forma: pV=mRT/M.
Dedueix la fórmula de la pressió
Fem algunes manipulacions més amb les expressions obtingudes. Per fer-ho, el costat dret de l'equació de Mendeleiev-Clapeyron es multiplica i es divideix pel nombre d'Avogadro. Ara mirem atentament el producte de la quantitat de substància pel nombre d'Avogadro. Això no és més que el nombre total de molècules del gas. Però al mateix temps, la proporció de la constant de gas universal al nombre d'Avogadro serà igual a la constant de Boltzmann. Per tant, les fórmules de pressió es poden escriure de la següent manera: p=NkT/V o p=nkT. Aquí el símbol n és la concentració de partícules.
Processos de gas ideals
A la física molecular hi ha una cosa com els isoprocessos. Són processos termodinàmics que tenen lloc en el sistema a un dels paràmetres constants. En aquest cas, la massa de la substància també ha de romandre constant. Vegem-los més concretament. Per tant, les lleis d'un gas ideal.
La pressió es manté constant
Aquesta és la llei de Gay-Lussac. Sembla així: V/T=const. Es pot reescriure d'una altra manera: V=Vo (1 + at). Aquí a és igual a 1/273,15 K^-1 i s'anomena "coeficient d'expansió de volum". Podem substituir la temperatura tant en Celsius coml'escala Kelvin. En aquest últim cas, obtenim la fórmula V=Voat.
El volum es manté constant
Aquesta és la segona llei de Gay-Lussac, més comunament anomenada llei de Charles. Sembla així: p/T=const. Hi ha una altra formulació: p=po (1 + at). Les transformacions es poden dur a terme d'acord amb l'exemple anterior. Com podeu veure, de vegades les lleis dels gasos ideals són força semblants entre elles.
La temperatura es manté constant
Si la temperatura d'un gas ideal es manté constant, podem obtenir la llei de Boyle-Mariotte. Es pot escriure així: pV=const.
Concepte relacionat 2: pressió parcial
Diguem que tenim un vaixell amb gasos. Serà una barreja. El sistema es troba en un estat d'equilibri tèrmic i els gasos no reaccionen entre ells. Aquí N indicarà el nombre total de molècules. N1, N2 i així successivament, respectivament, el nombre de molècules de cadascun dels components de la mescla. Prenem la fórmula de pressió p=nkT=NkT/V. Es pot obrir per a un cas concret. Per a una mescla de dos components, la fórmula tindrà la forma: p=(N1 + N2) kT/V. Però aleshores resulta que la pressió total es sumarà a partir de les pressions parcials de cada mescla. Així, semblarà p1 + p2 i així successivament. Aquestes seran les pressions parcials.
Per a què serveix?
La fórmula que hem obtingut indica que la pressió del sistema és de cada grup de molècules. Per cert, no depèn de altres. D alton va aprofitar-ho per formular la llei, que més tard portarà el seu nom: en una mescla on els gasos no reaccionen químicament entre ells, la pressió total serà igual a la suma de les pressions parcials..
