constantă de gaz este o constantă fizică care apare în mai multe ecuații, cea mai cunoscută fiind cea care leagă cele patru variabile care caracterizează un gaz ideal: presiune, volum, temperatură și cantitatea de materie.
Gazul ideal este un model ipotetic de gaze, în care particulele care îl compun interacționează foarte puțin și sunt mult mai mici decât volumul total ocupat. În acest caz, cele patru variabile menționate urmează următoarea ecuație simplă, care rezultă din combinarea legilor lui Boyle, Charles și Avogadro:
P ∙ V = n ∙ R ∙ T
Unde P este presiunea, V este volumul, T temperatura, n numărul de moli prezenți într-o porțiune de gaz ideal și R este exact constanta gazului. Valoarea sa, determinată experimental, este de 0,0821 L ∙ atm / K ∙ mol.
Se crede că numele R pentru constantă este în cinstea chimistului francez Henri Victor Regnault (1810-1878), care a lucrat pe scară largă măsurând proprietățile gazelor.
Constanta R poate fi exprimată în diferite sisteme de unități, iar apoi valoarea sa numerică se schimbă. Din acest motiv, este convenabil să acordați o atenție deosebită sistemului de unități utilizate atunci când funcționați și să utilizați astfel valoarea corespunzătoare a constantei.
Indice articol
În ciuda simplității modelului ideal de gaz, multe gaze se comportă astfel când temperatura este de 0º C (273,15 K) și presiunea este echivalentă cu 1 atmosferă, prescurtată ca 1 atm.
În acest caz, 1 mol din orice gaz ocupă un volum de 22.414 L, doar puțin mai mult decât cel al unui baschet. Aceste condiții de presiune și temperatură sunt cunoscute sub numele de condiții standard.
Dacă valorile lor sunt substituite în ecuația gazului ideal de stare P ∙ V = n ∙ R ∙ T și R este eliminat, se obține următorul rezultat:
Este obișnuit să verificați valoarea constantei gazului prin experimente simple: de exemplu, obținerea unei porțiuni de gaz printr-o reacție chimică și măsurarea presiunii, volumului și temperaturii acestuia.
Cantitățile implicate în modelul ideal de gaz sunt de obicei măsurate în diferite unități. Valoarea dată mai sus este utilizată frecvent în calcule, dar nu este cea care corespunde Sistemului internațional de unități SI, care este standardul în știință..
În acest sistem de unități, Kelvin este unitatea de temperatură, presiunea este măsurată în pascal (Pa) și volumul în metri cubi (m3).
Pentru a scrie constanta gazului în acest sistem de unități, trebuie utilizați următorii factori de conversie, care raportează atmosfere la pascale și litri la metri cubi:
1L = 1 x 10-3 m3
1 atm = 101325 Pa
Rețineți că 1 pascal = 1 newton / mDouă, deci 1 Pa.m3 = 1 newton ∙ m = 1 joule = 1 J. Joule este unitatea pentru energie, iar constanta de gaz corelează energia cu temperatura și cantitatea de materie.
Caloria este o unitate care este încă frecvent utilizată pentru a măsura energia. Echivalența cu joulul este:
1 calorie = 4,18 J
Dacă preferați să utilizați caloriile în loc de joule, constanta gazului este valabilă în acest caz:
R = 1,9872 cal / K ∙ mol
Este posibil să combinați diferite unități de energie, temperatură și cantitate de materie pentru a exprima R
În termodinamică există trei constante importante care sunt legate: constanta gazului R, constanta Boltzmann kB și numărul lui Avograd NLA:
R = NLA ∙ kB
Se dorește să se determine în laborator valoarea constantei gazului, pentru care se descompune termic o cantitate de azotat de amoniu NH4NU3 și se obține oxidul de azot NDouăSau, un gaz cunoscut pentru efectul său anestezic, pe lângă apă.
Din acest experiment s-au obținut 0,340 L de oxid de azot, echivalent cu 0,580 g de gaz, la o presiune de 718 mmHg și o temperatură de 24 ° C. Determinați cât valorează R în acest caz, presupunând că oxidul de azot se comportă ca un gaz ideal.
Milimetri de mercur sunt, de asemenea, unități pentru măsurarea presiunii. În acest caz, constanta gazului este exprimată în termeni ai unui alt set de unități. În ceea ce privește masa în grame, aceasta poate fi convertită în aluniți prin formula oxidului de azot, consultând masa atomică a azotului și a oxigenului în tabele:
-Azot: 14,0067 g / mol
-Oxigen: 15,9994 g / mol
Prin urmare, 1 mol de oxid de azot are:
(2 x 14,0067 g / mol) + 15,9994 g / mol = 44,0128 g / mol
Acum convertiți numărul de grame de oxid de azot în aluniți:
0,580 g = 0,580 g x 1mol / 44,0128 g = 0,013178 mol
Pe de altă parte, 24 ° C este echivalent cu 297,17 K, în acest fel:
În acest set de unități, valoarea constantei gazului în condiții standard, conform tabelelor, este R = 62,36365 mmHg ∙ L / K ∙ mol. Poate cititorul să conjectureze motivul acestei mici diferențe??
Presiunea atmosferică variază în funcție de altitudine în funcție de:
Unde P și Po reprezintă, respectiv, presiunea la altitudinea h și la nivelul mării, g este valoarea familiară a accelerației gravitaționale, M este masa molară medie a aerului, R este constanta gazului și T este temperatura..
Se cere să se găsească presiunea atmosferică la o înălțime h = 5 km, presupunând că temperatura rămâne la 5 ° C.
Date:
g = 9,8 m / sDouă
M = 29,0 g / mol = 29,0 x 10-3 kg / mol
R = 8,314 J / K ∙ mol
Psau = 1 atm
Valorile sunt substituite, având grijă să mențină omogenitatea unităților din argumentul exponențial. Deoarece valoarea accelerației datorate gravitației este cunoscută în unitățile SI, argumentul (care este adimensional) funcționează în aceste unități:
h = 5 km = 5000m
T = 5 ºC = 278,15 K
-gMh / RT = (- 9,8 x 29,0 x 10-3x 5000) / (8,314 J / K ∙ mol x 278,15 K) = -0,6144761
și-0,6144761 = 0,541
Prin urmare:
P = 0,541 x 1 atm = 0,541 atm
Concluzie: presiunea atmosferică este redusă aproape la jumătate din valoarea sa la nivelul mării când înălțimea este de 5 km (Everest are o înălțime de 8.848 km).
Nimeni nu a comentat acest articol încă.