Ideális gáz, az ideális gáz állapotegyenlete, hőmérséklete és nyomása, térfogata… a fizika megfelelő részében használt paraméterek és definíciók listája még sokáig folytatható. Ma csak erről a témáról fogunk beszélni.
Mit tekintünk a molekuláris fizikában?
Az ebben a részben tárgy alt fő tárgy egy ideális gáz. Az ideális gáz állapotegyenletét a normál környezeti viszonyok figyelembevételével kaptuk meg, erről kicsit később lesz szó. Most közelítsük meg ezt a „problémát” messziről.
Tegyük fel, hogy van némi gáztömegünk. Állapotát három termodinamikai természetű paraméter segítségével határozhatjuk meg. Ezek természetesen a nyomás, a térfogat és a hőmérséklet. A rendszer állapotegyenlete ebben az esetben a megfelelő paraméterek közötti kapcsolat képlete lesz. Így néz ki: F (p, V, T)=0.
Itt, most először, lassan közeledünk egy olyan dolog megjelenéséhez, mint az ideálisgáz. Gáznak nevezik, amelyben a molekulák közötti kölcsönhatások elhanyagolhatóak. Általában ez a természetben nem létezik. Azonban minden nagyon ritka gáz közel áll hozzá. A nitrogén, az oxigén és a levegő, amelyek normál körülmények között vannak, alig különböznek az ideálistól. Egy ideális gáz állapotegyenletének felírásához használhatjuk az egységes gáztörvényt. A következőt kapjuk: pV/T=konst.
Kapcsolódó koncepció 1: Avogadro törvénye
Meg tudja mondani, hogy ha ugyanannyi mólnyi abszolút véletlenszerű gázt veszünk, és ugyanolyan körülmények közé tesszük, beleértve a hőmérsékletet és a nyomást, akkor a gázok ugyanannyit foglalnak el. A kísérletet különösen normál körülmények között végezték. Ez azt jelenti, hogy a hőmérséklet 273,15 Kelvin volt, a nyomás pedig egy atmoszféra (760 higanymilliméter vagy 101325 Pascal). Ezekkel a paraméterekkel a gáz 22,4 liter térfogatot fogl alt el. Ezért azt mondhatjuk, hogy bármely gáz egy móljára a numerikus paraméterek aránya állandó érték lesz. Ezért úgy döntöttek, hogy ezt a számot R betűvel jelöljük, és univerzális gázállandónak nevezzük. Így egyenlő 8,31. A mértékegység: J/molK.
Ideális gáz. Az ideális gáz állapotegyenlete és annak manipulálása
Próbáljuk meg átírni a képletet. Ehhez a következő formában írjuk fel: pV=RT. Ezután egy egyszerű műveletet hajtunk végre, megszorozzuk az egyenlet mindkét oldalát tetszőleges számú mollal. Azt kapjuk, hogy pVu=uRT. Vegyük figyelembe, hogy a moláris térfogat szorzata ésaz anyag mennyisége egyszerűen a térfogat. De végül is a mólok száma egyszerre lesz egyenlő a tömeg és a moláris tömeg hányadosával. Pontosan így néz ki a Mengyelejev-Clapeyron egyenlet. Világos képet ad arról, hogy egy ideális gáz milyen rendszert hoz létre. Az ideális gáz állapotegyenlete a következőképpen alakul: pV=mRT/M.
Következzen a nyomás képletére
Vegyünk még néhány manipulációt a kapott kifejezésekkel. Ehhez a Mengyelejev-Clapeyron egyenlet jobb oldalát megszorozzuk és elosztjuk az Avogadro-számmal. Most alaposan nézzük meg az anyagmennyiség szorzatát az Avogadro-számmal. Ez nem más, mint a gázban lévő molekulák teljes száma. De ugyanakkor az univerzális gázállandó és az Avogadro-szám aránya megegyezik a Boltzmann-állandóval. Ezért a nyomás képletei a következőképpen írhatók fel: p=NkT/V vagy p=nkT. Itt az n szimbólum a részecskekoncentráció.
Ideális gázeljárások
A molekuláris fizikában létezik olyan, hogy izofolyamatok. Ezek termodinamikai folyamatok, amelyek a rendszerben az egyik állandó paraméteren mennek végbe. Ebben az esetben az anyag tömegének is állandónak kell maradnia. Nézzük őket konkrétabban. Tehát az ideális gáz törvényei.
A nyomás állandó marad
Ez Meleg-Lussac törvénye. Így néz ki: V/T=állandó. Másképpen is átírható: V=Vo (1 + at). Itt a egyenlő 1/273,15 K^-1, és ezt "térfogattágulási együtthatónak" nevezik. A hőmérsékletet egyaránt helyettesíthetjük Celsiusban ésa Kelvin-skála. Ez utóbbi esetben a V=Voat képletet kapjuk.
A hangerő állandó marad
Ez Meleg-Lussac második törvénye, amelyet általában Károly törvénynek neveznek. Így néz ki: p/T=állandó. Van egy másik megfogalmazás is: p=po (1 + at). Az átalakításokat az előző példa szerint hajthatjuk végre. Amint láthatja, az ideális gáztörvények néha nagyon hasonlóak egymáshoz.
A hőmérséklet állandó marad
Ha egy ideális gáz hőmérséklete állandó marad, akkor megkaphatjuk a Boyle-Mariotte törvényt. Így írható fel: pV=const.
Kapcsolódó koncepció 2: Részleges nyomás
Tegyük fel, hogy van egy edényünk gázokkal. Egy keverék lesz. A rendszer termikus egyensúlyi állapotban van, és maguk a gázok nem lépnek reakcióba egymással. Itt N a molekulák teljes számát jelöli. N1, N2 és így tovább, a molekulák száma a keverék egyes komponenseiben. Vegyük a p=nkT=NkT/V nyomásképletet. Konkrét esetre nyitható meg. Kétkomponensű keverék esetén a képlet a következőképpen alakul: p=(N1 + N2) kT/V. Ekkor azonban kiderül, hogy a teljes nyomást az egyes keverékek parciális nyomásaiból összegzik. Tehát úgy fog kinézni, mint p1 + p2 és így tovább. Ezek lesznek a részleges nyomások.
Mire való?
A kapott képlet azt jelzi, hogy a rendszerben a nyomás az egyes molekulacsoportoktól származik. Mellesleg nem attól függmások. D alton ezt kihasználta a később róla elnevezett törvény megfogalmazásakor: egy olyan keverékben, ahol a gázok nem lépnek kémiai reakcióba egymással, a teljes nyomás egyenlő lesz a parciális nyomások összegével.
