- 공식 및 단위
- 보일-마리오 트 법칙
- Charles-Gay-Lussac 법
- 아보가드로의 법칙
- 이상 기체 법칙은 무엇을 명시하고 있습니까?
- 응용
- 가스의 밀도 및 몰 질량 계산
- 화학 반응에서 생성되는 가스의 부피 계산
- 혼합물에 존재하는 가스의 분압 계산
- 물에 수집 된 가스의 양
- 계산의 예
- 연습 1
- 연습 2
- 연습 3
- 연습 4
- 참고 문헌
이상 기체 법칙은 이상 기체와 연관된 기능의 상태 사이의 관계를 설명 상태 방정식이고; 온도, 압력, 부피 및 몰 수와 같은. 이 법칙은 실제 기체 시스템을 이상적인 버전과 비교하여 연구 할 수 있도록합니다.
이상 기체는 무작위로 움직이는 점 또는 구형 입자로 구성된 이론적 기체입니다. 높은 운동 에너지로, 그들 사이의 유일한 상호 작용은 완전히 탄성 충격입니다. 또한 이상 기체 법칙을 준수합니다.
이상 기체 법칙을 통해 많은 실제 기체 시스템을 연구하고 이해할 수 있습니다. 출처 : Pxhere.
표준 압력 및 온도 (STP) : 1 atm의 압력 및 0ºC의 온도에서 대부분의 실제 기체는 이상 기체처럼 질적으로 작용합니다. 밀도가 낮은 한. 분자간 또는 원 자간 거리 (희귀 가스의 경우)가 크면 이러한 근사화가 용이 해집니다.
STP 조건에서 산소, 질소, 수소, 비활성 기체 및 이산화탄소와 같은 일부 복합 기체는 이상 기체처럼 행동합니다.
이상 기체 모델은 저온, 고압 및 높은 입자 밀도에서 실패하는 경향이 있습니다. 분자간 상호 작용과 입자 크기가 중요 해지면
이상 기체 법칙은 Boyle과 Mariotte의 법칙, Charles와 Gay-Lussac의 법칙, Avogadro의 법칙의 세 가지 기체 법칙으로 구성됩니다.
공식 및 단위
가스 법칙은 다음 공식으로 수학적으로 표현됩니다.
PV = nRT
여기서 P는 가스에 의해 가해지는 압력입니다. mmHg, pascal, bar 등 다른 단위로 표현할 수 있지만 일반적으로 대기 단위 (atm)로 표현됩니다.
가스가 차지하는 부피 V는 일반적으로 리터 (L) 단위로 표시됩니다. n은 몰 수, R은 보편적 인 기체 상수, T는 켈빈 (K)으로 표시되는 온도입니다.
R에 대해 가스에서 가장 많이 사용되는 표현은 0.08206 L · atm · K -1 · mol -1 입니다. 가스 상수의 SI 단위는 8.3145 J · mol -1 · K -1 값을 갖지만 . 다른 변수 (P, T 및 V)의 단위에주의하는 한 둘 다 유효합니다.
이상 기체 법칙은 Boyle-Mariotte의 법칙, Charles-Gay-Lussac의 법칙 및 Avogadro의 법칙의 조합입니다.
보일-마리오 트 법칙
용기의 부피를 줄여 압력을 높입니다. 출처 : Gabriel Bolívar
그것은 물리학 자 Robert Boyle (1662)과 물리학 자이자 식물 학자 Edme Mariotte (1676)에 의해 독립적으로 공식화되었습니다. 법칙은 다음과 같이 명시됩니다. 일정한 온도에서 기체의 고정 된 질량의 부피는 가하는 압력에 반비례합니다.
PV ∝ k
콜론을 사용하여 :
P 1 V 1 = P 2 V 2
Charles-Gay-Lussac 법
중국 제등 또는 소원 풍선. 출처 : Pxhere.
이 법은 1803 년 Gay-Lussac에 의해 출판되었지만 Jacques Charles (1787)의 미발표 저작을 언급했습니다. 이러한 이유로이 법은 Charles의 법칙으로 알려져 있습니다.
이 법칙은 일정한 압력에서 가스가 차지하는 부피와 온도 사이에 직접적인 비례 관계가 있다고 말합니다.
V ∝ k 2 T
콜론을 사용하여 :
V 1 / T 1 = V 2 / T 2
V 1 T 2 = V 2 T 1
아보가드로의 법칙
이 법은 1811 년 Amadeo Avogadro에 의해 제정되었으며, 동일한 압력과 온도에서 동일한 부피의 모든 가스가 동일한 수의 분자를 가지고 있음을 지적했습니다.
V 1 / n 1 = V 2 / n 2
이상 기체 법칙은 무엇을 명시하고 있습니까?
이상 기체 법칙은 기체의 4 가지 독립적 인 물리적 특성 인 압력, 부피, 온도 및 기체 양 간의 관계를 설정합니다. 그 중 세 가지의 가치를 아는 것만으로도 나머지 하나를 얻을 수 있습니다.
이 법칙은 가스가 이상적으로 행동 할 때와이 행동에서 멀어 질 때를 나타내는 조건을 설정합니다.
예를 들어, 소위 압축 계수 (PV / nRT)는 이상 기체에 대해 1의 값을 갖습니다. 압축 계수 값 1에서 이탈하면 가스의 거동이 이상 기체가 나타내는 것과는 거리가 멀다는 것을 나타냅니다.
따라서 모델에 따라 작동하지 않는 기체에 이상 기체 방정식을 적용 할 때 실수가 발생합니다.
응용
가스의 밀도 및 몰 질량 계산
이상 기체 법칙 방정식을 사용하여 기체의 밀도와 몰 질량을 계산할 수 있습니다. 간단한 수정을 통해 기체의 밀도 (d)와 그 몰 질량 (M)과 관련된 수학 식을 찾을 수 있습니다.
d = MP / RT
M :
M = dRT / P
화학 반응에서 생성되는 가스의 부피 계산
화학 양론은 화학 반응에 참여하는 생성물과 함께 존재하는 각 반응물의 양을 연관시키는 화학의 한 분야로, 일반적으로 몰로 표시됩니다.
이상 기체 방정식을 사용하면 화학 반응에서 생성되는 기체의 부피를 결정할 수 있습니다. 몰수는 화학 반응에서 얻을 수 있기 때문입니다. 그런 다음 가스의 부피를 계산할 수 있습니다.
PV = nRT
V = nRT / P
V를 측정함으로써 상기 반응의 수율 또는 진행을 결정할 수있다. 더 이상 가스가 없으면 시약이 완전히 고갈되었음을 나타냅니다.
혼합물에 존재하는 가스의 분압 계산
이상 기체 법칙은 Dalton의 분압 법칙과 함께 기체 혼합물에 존재하는 다양한 기체의 분압을 계산하는 데 사용할 수 있습니다.
관계가 적용됩니다.
P = nRT / V
혼합물에 존재하는 각 가스의 압력을 찾습니다.
물에 수집 된 가스의 양
물에서 실험 설계를 통해 수집되는 가스를 생성하는 반응이 수행됩니다. 총 가스 압력과 수증기 압력을 더한 값이 알려져 있습니다. 후자의 값은 표에서 구할 수 있으며 가스 압력을 빼서 계산할 수 있습니다.
화학 반응의 화학 양론에서 가스의 몰수를 구할 수 있으며 다음 관계를 적용 할 수 있습니다.
V = nRT / P
생산 된 가스의 양이 계산됩니다.
계산의 예
연습 1
가스의 밀도는 17 ° C에서 0.0847g / L이고 압력은 760 torr입니다. 몰 질량은 얼마입니까? 가스는 무엇입니까?
우리는 방정식에서 시작합니다.
M = dRT / P
먼저 온도 단위를 켈빈으로 변환합니다.
T = 17ºC + 273.15 K = 290.15K
그리고 760 torr의 압력은 1 atm의 압력에 해당합니다. 이제 값을 대체하고 해결하기 만하면됩니다.
M = (0.0847 g / L) (0.08206 L atm K -1 mol -1 ) (290.15 K) / 1 atm
M = 2.016g / 몰
이 몰 질량은 이원자 수소 분자 H 2 라는 단일 종에 해당 할 수 있습니다 .
연습 2
기체상에서 0.00553g의 수은 (Hg) 질량은 520L의 부피와 507K의 온도에서 발견됩니다. Hg가 가하는 압력을 계산하십시오. Hg의 몰 질량은 200.59g / mol입니다.
문제는 다음 방정식을 사용하여 해결됩니다.
PV = nRT
Hg의 몰수에 대한 정보는 나타나지 않습니다. 그러나 몰 질량을 사용하여 얻을 수 있습니다.
Hg의 몰수 = (0.00553 g의 Hg) (1 mole Hg / 200.59g)
= 2,757 10-5 몰
이제 P를 풀고 값을 대체하면됩니다.
P = nRT / V
= (2,757 · 10 -5 몰) (8,206 · 10 -2 L · atm · K -1 · mol -1 ) (507 K) / 520 L
= 2.2 10 -6 기압
연습 3
4.8g의 염소 가스 (Cl 2 )와 수소 가스 (H 2 )를 5.25 L의 부피와 310 K의 온도에서 반응시켜 생성 된 염산에 의해 생성 된 압력을 계산합니다 . 몰 질량 Cl 2의 70.9 g / mol입니다.
H 2 (g) + Cl 2 (g) → 2 HCl (g)
문제는 이상 기체 방정식을 사용하여 해결됩니다. 그러나 HCl의 양은 몰이 아닌 그램으로 표시되므로 적절한 변환이 수행됩니다.
HCl 몰 = (4.8 g Cl 2 ) (1 mol Cl 2 / 70.9 g Cl 2 ) (2 mol HCl / 1 mol Cl 2 )
= 0.135 몰의 HCl
이상 기체 법칙 적용 :
PV = nRT
P = nRT / V
= (0.135 몰의 HCl) (0.08206 L atm K -1 몰 -1 ) (310 K) / 5.25 L
= 0.65 기압
연습 4
0.130g의 기체 화합물 샘플은 70 ° C의 온도 및 720 torr의 압력에서 140mL의 부피를 차지합니다. 몰 질량은 얼마입니까?
이상 기체 방정식을 적용하려면 먼저 몇 가지 변경이 필요합니다.
V = (140 mL) (1 L / 1000 mL)
= 0.14L
리터 단위의 부피를 취하면 이제 온도를 켈빈 단위로 표현해야합니다.
T = 70ºC + 273.15 K = 243.15K
마지막으로 압력을 대기 단위로 변환해야합니다.
P = (720 torr) (1 atm / 760 torr)
= 0.947 기압
문제를 해결하는 첫 번째 단계는 화합물의 몰 수를 구하는 것입니다. 이를 위해 이상 기체 방정식이 사용되며 n을 구합니다.
PV = nRT
n = PV / RT
= (0.947 atm) (0.14 L) / (0.08206 L atm K -1 mol -1 ) (243.15 K)
= 0.067 몰
그램을 얻은 몰로 나누어 몰 질량을 계산하기 만하면됩니다.
몰 질량 = 화합물 그램 / 몰 수.
= 0.130g / 0.067 몰
= 19.49g / 몰
참고 문헌
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). 화학. (8 판). CENGAGE 학습.
- Ira N. Levine. (2014). 물리 화학의 원리. 여섯 번째 판. Mc Graw Hill.
- Glasstone. (1970). 물리 화학 조약. 두번째 버전. 아길라.
- Mathews, CK, Van Holde, KE 및 Ahern, KG (2002). 생화학. 3 은 에디션 이었습니다 . 출판사 Pearson Addison Wesley.
- Wikipedia. (2019). 이상 기체. 출처 : en.wikipedia.org
- 편집 팀. (2018). 보일의 법칙 또는 보일-마리오 트의 법칙-가스 법칙. 출처 : iquimicas.com
- 제시 A. 키. (sf). 이상 기체 법칙 및 일부 응용. 출처 : opentextbc.ca