Ideales Gasmodell, Verhalten, Beispiele

A Ideales Gas entweder Perfektes Gas Es ist eine.

In einem solchen Gas sind die Partikel normalerweise ziemlich weit voneinander entfernt, obwohl sie gelegentlich miteinander und mit den Wänden des Behälters kollidieren.

Im idealen Gas sind die Partikel voneinander entfernt

Andererseits spielt im idealen Gas die Größe oder Masse der Partikel keine Rolle, da das von ihnen besetzte Volumen im Vergleich zum Volumen des Gases sehr gering sein soll.

Dies ist natürlich nur ein Ansatz, denn in Wirklichkeit gibt es immer ein gewisses Maß an Wechselwirkung zwischen Atomen und Molekülen. Wir wissen auch, dass die Partikel Raum belegen und Masse haben.

Diese Annahmen funktionieren jedoch in vielen Fällen, wie z. B. Gasen mit niedrigem Molekulargewicht, in einem guten Bereich von Drücken und Temperaturen.

Gase mit hohem Molekulargewicht, insbesondere bei hohen Drücken oder niedrigen Temperaturen, verhalten sich jedoch nicht als ideale Gase und benötigen andere Modelle, die erstellt wurden, um sie mit größerer Präzision zu beschreiben.

[TOC]

Erste Experimente

Die Gesetze, die Gase regieren, sind empirisch, dh sie entstanden aus Experimenten. Die bemerkenswertesten Experimente wurden im siebzehnten, achtzehnten und frühen neunzehnten Jahrhundert durchgeführt.

Erstens sind die von Robert Boyle (1627-1691) und Edme Mariotte (1620-1684), die die unabhängig voneinander geändert haben Druck in einem Gas und registrierten ihre Änderung von Volumen, feststellen, dass sie umgekehrt proportional waren: bei größerem Druck, weniger Volumen.

Robert Boyle

Jacques Charles (1746-1823) für seinen Teil stellte diesen Band fest und Temperatur Absolute waren direkt proportional, solange der Druck konstant blieb.

Es kann Ihnen dienen: Stationäre Wellen: Formeln, Eigenschaften, Typen, Beispiele

Amadeo Avogadro (1776-1856) entdeckte, dass zwei identische Volumina verschiedener Gase die gleiche Menge an Partikeln enthielten, solange Druck und Temperatur gleich waren. Und schließlich sagte Joseph de Gay Lussac (1778-1850), dass der Druck in einem Gas direkt proportional zur Temperatur ist, indem er das Volumen festhält.

Die Gesetze idealer Gase

Diese Entdeckungen werden durch einfache Formeln ausgedrückt, die aufrufen P zum Druck, V Volumen, N zur Anzahl der Partikel und T Die ideale Gastemperatur:

Boyle-Maleotte-Gesetz

Vorausgesetzt, dass die Temperatur festgelegt ist, tritt Folgendes auf:

Púv = konstant

Charles Law

Wenn das Gas unter konstantem Druck steht:

V / t = konstant

Gay Lussac Law

Das Gas in einem festen Volumen zu halten, ist wahr:

p / t = konstant

Avogadro -Gesetz

Identische Gasvolumina unter den gleichen Druck- und Temperaturbedingungen haben die gleiche Anzahl von Partikeln. Deshalb können wir schreiben:

V ∝ n

Wobei n die Anzahl der Partikel ist und ∝ das Symbol der Verhältnismäßigkeit ist.

Ideales Gasmodell

Das ideale Gasmodell beschreibt ein Gas so, dass:

-Wenn die Partikel interagieren, tun dies für eine sehr kurze Zeit durch elastische Zusammenstöße.

-Seine Bestandteile sind pünktlich, mit anderen Worten, sein Durchmesser ist viel niedriger als die durchschnittliche Entfernung, die sie zwischen einem und einer anderen Kollision bewegen.

-Intermolekulare Kräfte sind nicht vorhanden.

-Die kinetische Energie ist proportional zur Temperatur.

Monoatomische Gase - deren Atome nicht miteinander verbunden sind - und niedrigem Molekulargewicht, unter Standardbedingungen des Drucks und der Temperatur (atmosphärischer Druck und 0 ° C -Temperatur) haben sie ein solches Verhalten, dass das ideale Gasmodell eine sehr gute Beschreibung ist ihnen.

Es kann Ihnen dienen: Vy Canis Majoris: Entdeckung, Merkmale, Struktur, Ausbildung und Evolution

Ideale Gasstatusgleichung

Die Gesetze der oben genannten Gase werden kombiniert, um die allgemeine Gleichung zu bilden, die das ideale Gasverhalten regelt:

V ∝ n

V ∝ t

Deshalb:

V ∝ Nút

Außerdem von Boyle's Law:

V = konstant / p

Dann können wir das bestätigen:

V = (Konstante x nebook) / p

Die Konstante heißt die Gaskonstante Und es wird mit Brief r bezeichnet. Mit dieser Wahl bezieht sich die ideale Gasgleichung vier Variablen, die den Gaszustand beschreiben, nämlich N, R, P und T, der verlassen:

Púv = nebookt

Diese relativ einfache Gleichung steht im Einklang mit den Gesetzen idealer Gase. Wenn die Temperatur beispielsweise konstant ist, wird die Gleichung auf das Boyle-Maleotte-Gesetz reduziert.

Die Gaskonstante

Wie bereits erwähnt, unter Standardtemperatur- und Druckbedingungen, dh bei 0 ° C (273).15 k) und 1 Druckatmosphäre, das Verhalten vieler Gase liegt nahe am idealen Gas. Unter diesen Bedingungen beträgt das Volumen von 1 Mol Gas 22.414 l.

In diesem Fall:

R = (púv) / (nút) = (1 atm x 22.414 l) / (1 mol x 273.15 k) = 0.0821 atm ⋅ l /mol ≤ k

Gaskonstante kann auch in anderen Einheiten ausgedrückt werden, beispielsweise im internationalen System, wenn es wert ist:

R = 8.314 j · mol^-1≤ k^-1

Wenn ein Problem durch das ideale Gasengesetz gelöst wird, ist es zweckmäßig, auf die Einheiten zu achten, in denen die Konstante ausgedrückt wird, da es, wie wir sehen können, viele Möglichkeiten gibt.

Verhalten eines idealen Gases

Wie wir gesagt haben, verhält sich jedes Gas unter Standarddruck- und Temperaturbedingungen, das ein niedriges Molekulargewicht ist, sehr nahe am idealen Gas. Daher gilt die Gleichung púv = nebookt, um die Beziehung zwischen den vier Variablen zu finden, die sie beschreiben: n, p, v und t.

Es kann Ihnen dienen: Heisenberg Atomic Model

Auf diese Weise können wir uns einen idealen Gasabschnitt vorstellen, der in einem Behälter eingesperrt und durch winzige Partikel gebildet wird, die gelegentlich miteinander und mit den Wänden des Behälters kollidieren, immer elastisch.

Dies ist, was wir in der folgenden Animation eines Heliumabschnitts sehen, eines edlen und monoatomischen Gases:

Das Helium ist ein edles Gas, in Animation wird ein Teil Heliumatome in einem Behälter gezeigt. Die roten dienen dazu, die Bewegung besser zu unterscheiden. Quelle: Wikimedia Commons.

Beispiele für ideale Gase

Ein ideales Gas ist ein hypothetisches Gas, dh es ist eine Idealisierung, in der Praxis verhalten sich jedoch viele Gase sehr eng, was es für das Púv -Modell = nasierte, präzise ermöglicht.

Edelgase

Beispiel für Gase, die sich unter Standardbedingungen als Ideale verhalten, sind edle Gase sowie leichte Gase: Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff.

Der aerostatische Ballon

Das ideale Gasmodell erklärt, wie der Heißluftballon. Quelle: Wikimedia Commons.

Auf den aerostatischen Ballon in Abbildung 1 kann nach Charles 'Gesetz angewendet werden: Das Gas wird erhitzt, daher wird die Luft, die den Globus füllt.

Heliumballons

Helium ist zusammen mit Wasserstoff das häufigste Element im Universum, und doch ist es auf Erden knapp. Als Adelgas ist im Gegensatz zu Wasserstoff inert, sodass Helium Vollballons weit verbreitet sind.

Verweise

1. Atkins, p. 1999. Physikalische Chemie. Omega -Ausgaben.
2. Chang, R. 2013. Chemie. 11va. Auflage. MC Graw Hill Education.
3. Cengel, und. 2012. Thermodynamik. 7. Ausgabe. McGraw Hill.
4. Cimbala, c. 2006. Mechaniker von Flüssigkeiten, Grundlagen und Anwendungen. MC. Graw Hill.
5. Giambattista, a. 2010. Physik. 2. Ed. McGraw Hill.