قبل از جست و جوی معنای عبارت "قانون گاز" باید بدانیم گاز چیست. گازها موادی هستند که ذرات آنها به طور تصادفی در فضا حرکت می کنند. این مواد با برهمکنش های بین مولکولی، بین اتمی و بین یونی بسیار ضعیف مشخص می شوند. حالت گازی را گاز نیز می نامند، یعنی یکی از چهار حالت، علاوه بر حالت مایع، جامد و پلاسما، مجموع ماده. گازها قوانین خاص خود را دارند. قانون گاز چیست؟
تعریف
از دیدگاه فیزیکی، قوانین گاز قوانینی هستند که فرآیندهای همسانی را که در یک گاز ایده آل رخ می دهند توضیح می دهند. یک واقعیت جالب این است که در شیمی نیز الگوهای خاصی برای توصیف چنین موادی وجود دارد که با قوانین فیزیک طنین انداز می شود. با این حال، این قوانین در مورد گازهای واقعی اعمال می شود. اکنون ارزش این را دارد که بفهمیم یک گاز ایده آل و یک فرآیند همسان چیست. بیایید شروع کنیم.
گاز ایده آل
گاز ایده آل یک مدل ریاضی از یک گاز واقعی است که فرض می کند هیچ برهمکنشی بین ذرات گاز وجود ندارد. از این فرضنتیجه این است که ذرات فقط با ظرفی که ماده در آن قرار دارد در تماس هستند و همچنین جرم ذرات این ماده به قدری کوچک است که می توان آن را به طور کامل از بررسی خارج کرد.
Isoprocesses
برای پاسخ به این سوال که ایزوفرایند چیست، باید به ترمودینامیک (یکی از شاخه های فیزیک) روی آورید. برای توصیف وضعیت یک گاز (گاز ایده آل)، پارامترهای اصلی فشار، دما و حجم هستند.
بنابراین، ایزوفرایندها فرآیندهایی هستند که در گازها اتفاق می‌افتند، مشروط بر اینکه یکی از این سه پارامتر در طول زمان بدون تغییر باقی بماند. در فرآیندهای همدما دما تغییر نمی کند، در فرآیندهای ایزوباریک فشار تغییر نمی کند و در فرآیندهای ایزوکریک حجم تغییر نمی کند.
معادله مندلیف-کلاپیرون
قبل از بحث درباره قوانین گاز، لازم است بدانیم که معادله مندلیف-کلاپیرون چیست و این معادله چگونه با گازها و قوانین آنها ارتباط دارد. برای توصیف وابستگی همه شاخص‌های مشابه به یکدیگر - فشار، حجم، دما، ثابت گاز جهانی و حجم (مولار) نیز اضافه می‌شوند.
معادله شکل زیر را دارد: pV=RT.
R - ثابت گاز جهانی، می توانید آن را خودتان محاسبه کنید، یا می توانید از مقدار شناخته شده قبلی استفاده کنید - 8, 3144598(48)J⁄(mol ∙K).
بنابراین، حجم مولی نسبت حجم به مقدار ماده (به مول) است و مقدار ماده نیز به نوبه خود، نسبت جرم به جرم مولی است.
معادله را می توان به صورت زیر نوشتراه: pV=(m / M)RT.
چه قوانینی از گازها در فیزیک وجود دارد
همانطور که قبلاً ذکر شد، ایزوفرایندها در فیزیک مورد توجه قرار می گیرند. فرمول هایی برای وابستگی سه کمیت اصلی (حجم، فشار، دما) به یکدیگر وجود دارد. قوانین گاز در فیزیک:
- قانون بویل-ماریوت که در مورد فرآیند همدما اعمال می شود: حاصلضرب فشار و حجم گاز در طول زمان بدون تغییر باقی می ماند. بر اساس معادله مندلیف-کلاپیرون - pV=(m / M)RT=const، این قانون بیان می کند که حاصل ضرب فشار و حجم ثابت خواهد بود، مشروط بر اینکه دمای گاز و جرم آن بدون تغییر باقی بماند.
- قانون گی-لوساک، که برای فرآیندهای ایزوباریک اعمال می شود. در این مورد، نسبت حجم و دما بدون تغییر باقی می ماند: V / T=const. قانون گی-لوساک را می توان به صورت زیر فرموله کرد: اگر فشار و جرم گاز در طول زمان بدون تغییر باقی بماند، آنگاه ضریب حجم تقسیم بر دما یک مقدار ثابت است.
- قانون چارلز - برای فرآیندهای ایزوکوریک. نسبت فشار و دما تغییر نمی کند: p / T=const. در این حالت، نسبت فشار و دما گاز ثابت است در حالی که فشار و جرم بدون تغییر باقی می‌مانند.
قوانین گاز: شیمی
از جمله این قوانین:
- قانون آووگادرو. این فرمول به صورت زیر است: حجم مساوی از گازهای مختلف حاوی تعداد یکسانی مولکول است، سایر موارد برابر هستند (فشار و دما). از این قانون به شرح زیر است -در شرایط عادی (شرایط عادی فشار 101.235 کیلو پاسکال و دمای 273 کلوین است)، حجم مطلقاً هر گازی که 1 مول اشغال می کند، 22.4 لیتر است.
- قانون دالتون: حجم های اشغال شده توسط گازهایی که با یکدیگر واکنش می دهند و محصولاتی که در طی واکنش به دست می آیند، هنگام تقسیم اولین بر دوم، اعداد کوچک اما دقیقاً صحیح به دست می آیند که به آنها ضریب می گویند.
- قانون فشارهای جزئی: برای تعیین فشار مخلوط گازها باید فشارهای ایجاد شده توسط گازهای مخلوط را اضافه کرد.
تنوع قوانین مربوط به گازها
شاید بسیاری از مردم فکر کنند که گازها ساده ترین حالت های کل هستند: هر دو ذره به طور تصادفی حرکت می کنند و فاصله بین آنها حداکثر است (به خصوص در مقایسه با جامدات) و جرم همین ذرات کوچک است. با این حال، قوانین اعمال شده برای توصیف حالات چنین موادی بسیار متنوع است. از آنچه در بالا گفته شد نتیجه می گیرد که نه تنها فیزیک به مطالعه مسئله قوانین گاز می پردازد. علاوه بر این، هم در فیزیک و هم در شیمی یک یا دو مورد از آنها وجود ندارد. از اینجا می توان به این نتیجه رسید که آنچه ساده به نظر می رسد در واقعیت همیشه اینطور نیست.
