КАЛЕНДАРЬ

РЕКЛАМА
СПРАВОЧНИК ПО ХИМИИ |
поиск по разделам
Состояние идеального газа. Уравнение состояния идеального газа.

   Состояние идеального газа. Частицы (атомы, молекулы) реально существующих газов обладают собственными размерами, занимают некоторый объем пространства, и в некоторой степени зависимы друг от друга. Силы физического взаимодействия между частицами газа затрудняют их движение и уменьшают их подвижность. По этим причинам газовые законы и следствия из них достаточно строго соблюдаются только для разреженных реальных газов, для которых рассояние между частицами значительно превышает собственный размер частиц газа, а взаимодействие между частицами сведено к минимуму. При обычном (атмосферном) давлении газовые законы становятся приблеженными, а при высоком давлении не выполняются совсем.
   В связи с этим в науке присутствует понятие о состоянии идеального газа, при котором частицы рассматриваются как геометрические точки с нулевыми размерами и не взаимодействующие друг с другом. Таким образом, идеальный газ - это абстракция, а реальный газ приближается к модели идеального газа тем в большей степени, чем больше различаются температура равновесной конденсации этого газа и температура, при которой этот газ находится.
   При комнатной температуре и атмосферном давлении к идеальному состоянию приближаются такие газы, как H2, N2, O2, температуры равновесной конденсации которых равны (округленно) 20K, 77K, 90K. Аммиак и диоксид серы (температура конденсации 240K 263K) далеки от состояния идеального газа, но при 500°C и выше поведение этих газов уже подчиняется, приближенно, уравнению состояния идеального газа.

   Уравнение состояния идеального газа. Значение молярного объема газа, равное 22,4 л/моль, относится к норамльным физическим условиям, под которыми понимаются давление равное 1,01325·105 Па, или 1 атм, и термодинамическая температура, равная 273,15 К (0°C).
   Между значениями термодинамической температуры T, выраженной в кельвинах K (не правильно использовать гибридное обозначение кельвина как °K, это запрещено в Международной системе единиц), и температуры Цельсия, выраженной в градусах Цельсия (обозначение °C) существует простая зависимость:

T(K)  =  t(°C) + 273.15

В практических расчетах разность (T - t) можно считать равной 273.
   В химических реакциях указанные выше нормальные условия практически не реализуются. Поэтому, прежде чем проводить какие либо расчеты или сопоставления, измеренные при некоторых других условиях объемы газов необходимо пересчитывать применительно к нормальным условиям.

   Для приведения объема газа к нормальным условиям можно пользоваться уравнением объединенного газоваго закона, выведенным французским физиком Клапейроном и носящим его имя:

pV  =  const      или       pV  =  p0V0
----- ----- -----
T T T0

где
p (кПа), V (см3, дм3, м3), T (K) - параметры некоторого состояния идеального газа (отличные от н.у.);
p0, V0, T0 - параметры, отвечающие нормальным условиям.

   Из последнего уравнения можно рассчитать значение V0 (объем газа при н.у.), если измерен объем V газа при некоторых других условиях:

V0  =  pVT0
-------
p0T

Также легко пересчитать значение V0 на условия эксперимента:

V  =  p0V0T
-------
pT0

   Соотношение pV/T является постоянной величиной при любых заданных значениях p и V для любого измеренного объема идеального газа, следовательно, оно постоянно и для молярного объема идеального газа и при нормальных условиях:

R  =  p0VM  =  101.325 (кПа) · 22,41383 (л/моль)  =  8,31441     кПа · л
------- ---------------------------------------- ---------
T0 100 (кПа) · 273 (K) моль · K

Поскольку произведение объема на давление есть энергия W = pV, то и произведение единиц объема (м3) и давления (Па) есть единица энергии - джоуль в СИ (Дж). Следовательно, значение постоянной R в системе СИ составит:

R  =  8.31441 Дж/(моль·K)

Таким образом, для 1 моль идеального газа и, следовательно, всех реальных газов, по свойствам приближающихся к идеальной модели, при нормальных условиях значение R называется универсальной газовой постоянной.

   Соотношение между параметрами идеального газа (давлением p, объемом V, количеством вещества n, термодинамической температурой T) описывает уравнение Клапейрона-Менделеева:

pV  =  nRT

   Уравнение Клапейрона-Менделеева устанавливает связь между давлением, объемом и температурой любой порции газа со свойствами идеальной модели, поэтому называется уравнение состояния идеального газа.
   Уравнение состояния идеального газа, позволяет проводить расчеты параметров реальных газов при физических условиях, приближающихся к нормальным условиям.

Techemy 2009
e-mail: techemycom@gmail.com

bitcoin accepted here