Mielőtt a "gáztörvény" kifejezés jelentését keresné, meg kell találnia, mi az a gáz. A gázok olyan anyagok, amelyek részecskéi véletlenszerűen mozognak a térben. Ezeket az anyagokat nagyon gyenge intermolekuláris, interatomikus és interionos kölcsönhatások jellemzik. A gáznemű halmazállapotot gáznak is nevezik, vagyis a folyékony, szilárd és plazma mellett a négy halmazállapot egyike. A gázoknak saját törvényeik vannak. Mi a gáztörvény?
Definíció
Fizikai szempontból a gáztörvények olyan törvények, amelyek megmagyarázzák az ideális gázban előforduló izofolyamatokat. Érdekes tény, hogy a kémiában is vannak bizonyos minták az ilyen anyagok leírására, amelyek összecsengenek a fizika törvényeivel. Ezek a törvények azonban a valódi gázokra vonatkoznak. Most érdemes megérteni, mi az ideális gáz és az izofolyamat. Kezdjük.
Ideális gáz
Az ideális gáz egy valódi gáz matematikai modellje, amely feltételezi, hogy a gázrészecskék között nincs kölcsönhatás. Ebből a feltételezésbőlebből következik, hogy a részecskék csak azzal az edénnyel érintkeznek, amelyben az anyag található, és az is, hogy ennek az anyagnak a részecskéinek tömege olyan kicsi, hogy teljesen kizárható a figyelembevételből.
Izofolyamatok
Annak megválaszolásához, hogy mi az izofolyamat, a termodinamikához (a fizika egyik ágához) kell fordulni. A gáz (ideális gáz) állapotának leírásához a fő paraméterek a nyomás, a hőmérséklet és a térfogat.
Tehát az izofolyamatok gázokban végbemenő folyamatok, feltéve, hogy a három paraméter közül az egyik változatlan marad az idő múlásával. Az izoterm folyamatokban a hőmérséklet nem változik, az izobár folyamatokban a nyomás nem, az izochor folyamatokban a térfogat nem változik.
Mengyelejev-Clapeyron egyenlet
A gáztörvények tárgyalása előtt tudnia kell, hogy mi a Mengyelejev-Clapeyron egyenlet, és hogyan viszonyul ez az egyenlet a gázokhoz és törvényeikhez. Ugyanazon mutatók – nyomás, térfogat, hőmérséklet, az univerzális gázállandó és a térfogat (moláris) – egymástól való függésének leírásához hozzáadjuk.
Az egyenletnek a következő alakja van: pV=RT.
R - univerzális gázállandó, kiszámolhatja saját maga, vagy használhatja a már ismert értéket - 8, 3144598(48)J⁄(mol) ∙K).
Így a moláris térfogat a térfogat és az anyag mennyiségének aránya (mólban), az anyag mennyisége pedig a tömeg és a moláris tömeg aránya.
Az egyenlet a következőképpen írható felmód: pV=(m / M)RT.
Milyen gáztörvények léteznek a fizikában
Amint korábban említettük, a fizikában az izofolyamatokat is figyelembe veszik. Három alapmennyiség (térfogat, nyomás, hőmérséklet) egymástól való függésére vannak képletek. Gáztörvények a fizikában:
- Boyle-Mariotte-törvény, izoterm folyamat esetén: a nyomás és a gáztérfogat szorzata idővel változatlan marad. A Mengyelejev-Clapeyron egyenlet alapján - pV=(m / M)RT=const, ez a törvény kimondja, hogy a nyomás és a térfogat szorzásának eredménye állandó lesz, feltéve, hogy a gáz hőmérséklete és tömege változatlan marad.
- Gay-Lussac törvénye, amely az izobár folyamatokra vonatkozik. Ebben az esetben a térfogat és a hőmérséklet aránya változatlan marad: V / T=állandó. Gay-Lussac törvénye a következőképpen fogalmazható meg: ha egy gáz nyomása és tömege az idő múlásával változatlan marad, akkor a térfogat és a hőmérséklet hányadosa állandó érték.
- Károly törvénye – izokorikus folyamatokhoz. A nyomás és a hőmérséklet aránya nem változik: p / T=állandó. Ebben az esetben a gáznyomás és a hőmérséklet aránya állandó, miközben a nyomás és a tömeg változatlan marad.
Gáztörvények: Kémia
Az alábbi törvények között:
- Avogadro törvénye. A következőképpen van megfogalmazva: azonos térfogatú különböző gázok ugyanannyi molekulát tartalmaznak, más tényezők azonosak (nyomás és hőmérséklet) mellett. Ebből a törvényből az következik,normál körülmények között (normál körülmények 101,235 kPa nyomás és 273 K hőmérséklet) az 1 mol által elfogl alt abszolút bármely gáz térfogata 22,4 liter.
- D alton törvénye: az egymással reakcióba lépő gázok és a reakció során keletkező termékek által elfogl alt térfogatok, ha az elsőt elosztjuk a másodikkal, kis, de pontosan egész számokat adnak, amelyeket együtthatóknak nevezünk.
- Parciális nyomások törvénye: a gázkeverék nyomásának meghatározásához össze kell adni a keverék gázai által létrehozott nyomásokat.
A gázokra vonatkozó törvények sokfélesége
Talán sokan azt gondolják, hogy a gázok a legegyszerűbb halmazállapotok: mindkét részecske véletlenszerűen mozog, és a köztük lévő távolság maximális (különösen a szilárd anyagokhoz képest), és ugyanezen részecskék tömege kicsi. Az ilyen anyagok állapotának leírására alkalmazott törvények azonban nagyon változatosak. A fent elmondottakból következik, hogy nem csak a fizika foglalkozik a gáztörvények kérdésének vizsgálatával. Ráadásul mind a fizikában, mind a kémiában nincs belőlük egy vagy kettő. Ebből arra a következtetésre juthatunk, hogy ami egyszerűnek tűnik, az nem mindig az a valóságban.
