A gaz ideal sau gaz perfect Este una în care atracția moleculară sau forța de repulsie între particulele care o compun este considerată nesemnificativă, prin urmare, toată energia sa internă este cinetică, adică energie asociată cu mișcarea.
Într-un astfel de gaz, particulele sunt de obicei destul de îndepărtate, deși din când în când se ciocnesc între ele și cu pereții containerului..
Pe de altă parte, în gazul ideal, nu contează nici dimensiunea, nici masa particulelor, deoarece se presupune că volumul ocupat de acestea este foarte mic în comparație cu volumul gazului în sine..
Aceasta, desigur, este doar o aproximare, deoarece în realitate există întotdeauna un anumit grad de interacțiune între atomi și molecule. Știm, de asemenea, că particulele ocupă spațiu și au masă..
Cu toate acestea, aceste ipoteze funcționează destul de bine în multe cazuri, cum ar fi gazele cu greutate moleculară mică, într-o gamă bună de presiuni și temperaturi..
Cu toate acestea, gazele cu greutate moleculară mare, în special la presiuni ridicate sau temperaturi scăzute, nu se comportă deloc ca gazele ideale și sunt necesare alte modele create cu scopul de a le descrie cu o precizie mai mare..
Indice articol
Legile care guvernează gazele sunt empirice, adică au apărut în urma experimentării. Cele mai notabile experimente au fost efectuate de-a lungul secolelor XVII, XVIII și începutul secolului XIX.
În primul rând sunt cele ale lui Robert Boyle (1627-1691) și Edme Mariotte (1620-1684), care au modificat independent Presiune într-un gaz și a înregistrat schimbarea acestuia volum, constatând că erau invers proporționale: cu cât presiunea este mai mare, cu atât volumul este mai mic.
La rândul său, Jacques Charles (1746-1823) a stabilit că volumul și temperatura valorile absolute au fost direct proporționale, atât timp cât presiunea a rămas constantă.
Amadeo Avogadro (1776-1856) a descoperit că două volume identice de gaze diferite conțineau același număr de particule, atâta timp cât presiunea și temperatura erau aceleași. Și, în cele din urmă, Joseph de Gay Lussac (1778-1850) a declarat că, menținând volumul fix, presiunea într-un gaz este direct proporțională cu temperatura..
Aceste descoperiri sunt exprimate în formule simple, chemare p la presiune, V la volum, n la numărul de particule și T temperatura gazului ideal:
Atâta timp cât temperatura este fixă, au loc următoarele:
p⋅V = constantă
Când gazul este sub presiune constantă:
V / T = constantă
Păstrând gazul la un volum fix, este convins că:
p / T = constantă
Volumele identice de gaz, în aceleași condiții de presiune și temperatură, au același număr de particule. Prin urmare, putem scrie:
V ∝ n
Unde n este numărul de particule și ∝ este simbolul proporționalității.
Modelul ideal de gaz descrie un gaz astfel încât:
-Când particulele interacționează, fac acest lucru pentru un timp foarte scurt, prin intermediul coliziunilor elastice, în care impulsul și energia cinetică sunt conservate..
-Particulele sale constitutive sunt punctuale, cu alte cuvinte, diametrul lor este mult mai mic decât distanța medie pe care o parcurg între o coliziune și alta..
-Forțele intermoleculare sunt inexistente.
-Energia cinetică este proporțională cu temperatura.
Gazele monatomice - ai căror atomi nu sunt legați între ei - și cu greutate moleculară mică, în condiții standard de presiune și temperatură (presiunea atmosferică și temperatura 0 ° C), au un comportament atât de mare încât modelul ideal de gaz este o descriere foarte bună.
Legile gazelor enumerate mai sus se combină pentru a forma ecuația generală care guvernează comportamentul gazului ideal:
V ∝ n
V ∝ T
Prin urmare:
V ∝ n⋅T
De asemenea, din legea lui Boyle:
V = constantă / p
Deci putem afirma că:
V = (constant x n⋅T) / p
Constanta se numește constantă de gaz și este notat cu litera R. Cu această alegere, ecuația ideală a stării gazului raportează patru variabile care descriu starea gazului, și anume n, R, p și T, lăsând:
p⋅V = n⋅R⋅T
Această ecuație relativ simplă este în concordanță cu legile gazelor ideale. De exemplu, dacă temperatura este constantă, ecuația se reduce la legea Boyle-Mariotte.
După cum am spus anterior, în condiții standard de temperatură și presiune, adică la 0 ° C (273,15 K) și 1 atmosferă de presiune, comportamentul multor gaze este apropiat de cel al gazului ideal. În aceste condiții, volumul a 1 mol de gaz este de 22.414 L.
În acest caz:
R = (p⋅V) / (n⋅T) = (1 atm x 22,414 L) / (1 mol x 273,15 K) = 0,0821 atm ⋅ L / mol ⋅ K
Constanta gazului poate fi exprimată și în alte unități, de exemplu în sistemul internațional SI merită:
R = 8,314 J⋅ mol-1⋅ K-1
Când rezolvați o problemă folosind legea ideală a gazelor, este convenabil să acordați atenție unităților în care este exprimată constanta, deoarece, după cum putem vedea, există multe posibilități.
După cum am spus, orice gaz în condiții standard de presiune și temperatură și cu greutate moleculară mică, se comportă foarte aproape de gazul ideal. Prin urmare, ecuația p⋅V = n⋅R⋅T este aplicabilă pentru a găsi relația dintre cele patru variabile care o descriu: n, p, V și T.
În acest fel ne putem imagina o porțiune de gaz ideal închisă într-un container și formată din particule minuscule, care din când în când se ciocnesc între ele și cu pereții containerului, întotdeauna elastic..
Aceasta este ceea ce vedem în următoarea animație a unei porțiuni de heliu, un gaz nobil monatomic:
Un gaz ideal este un gaz ipotetic, adică este o idealizare, cu toate acestea, în practică multe gaze se comportă într-un mod foarte apropiat, făcând posibil ca modelul p⋅V = n⋅R arroT să dea rezultate foarte bune..
Exemple de gaze care se comportă ca ideale în condiții standard sunt gazele nobile, precum și gazele ușoare: hidrogen, oxigen și azot..
Legea lui Charles poate fi aplicată balonului cu aer cald din figura 1: gazul se încălzește, prin urmare aerul care umple balonul se extinde și, în consecință, crește.
Heliul este, împreună cu hidrogenul, cel mai comun element din univers și totuși este rar pe Pământ. Deoarece este un gaz nobil, este inert, spre deosebire de hidrogen, de aceea baloanele umplute cu heliu sunt utilizate pe scară largă ca elemente decorative..
Nimeni nu a comentat acest articol încă.