Det gaskonstant er en fysisk konstant, der vises i flere ligninger, den mest kendte er den, der forbinder de fire variabler, der karakteriserer en ideel gas: tryk, volumen, temperatur og mængden af stof.
Den ideelle gas er en hypotetisk model af gasser, hvor de partikler, der sammensætter den, interagerer meget lidt og er meget mindre end det samlede besatte volumen. I dette tilfælde følger de fire nævnte variabler følgende enkle ligning, der er resultatet af at kombinere lovene i Boyle, Charles og Avogadro:
P ∙ V = n ∙ R ∙ T
Hvor P er trykket, V er volumen, T temperaturen, n antallet af mol til stede i en del af ideel gas, og R er netop gaskonstanten. Dens værdi, bestemt eksperimentelt, er 0,0821 L ∙ atm / K ∙ mol.
Navnet R for konstanten antages at være til ære for den franske kemiker Henri Victor Regnault (1810-1878), der arbejdede meget med at måle gassernes egenskaber.
Konstanten R kan udtrykkes i forskellige enhedssystemer, og derefter ændres dens numeriske værdi. Af denne grund er det bekvemt at være opmærksom på systemet med enheder, der bruges, når man arbejder, og dermed bruge den passende værdi af konstanten.
Artikelindeks
På trods af enkelheden af den ideelle gasmodel opfører mange gasser sig sådan, når temperaturen er 0 ° C (273,15 K), og trykket svarer til 1 atmosfære, forkortet som 1 pengeautomat.
I dette tilfælde optager 1 mol af enhver gas et volumen på 22.414 L, lidt mere end en basketball. Disse tryk- og temperaturbetingelser er kendt som standardbetingelser.
Hvis deres værdier er substitueret i den ideelle gasligning af tilstanden P ∙ V = n ∙ R ∙ T og R er ryddet, opnås følgende resultat:
Det er almindeligt at kontrollere værdien af gaskonstanten gennem enkle eksperimenter: for eksempel at opnå en del gas gennem en kemisk reaktion og måle dens tryk, volumen og temperatur.
De involverede mængder i den ideelle gasmodel måles normalt i forskellige enheder. Ovenstående værdi bruges ofte i beregninger, men det er ikke den, der svarer til det internationale system for enheder SI, som er standarden inden for videnskab..
I dette enhedssystem er Kelvin er temperaturenheden, måles tryk i pascal (Pa) og lydstyrken i kubikmeter (m3).
For at skrive gaskonstanten i dette enhedssystem, skal følgende omregningsfaktorer anvendes, der relaterer atmosfærer til pascal og liter til kubikmeter:
1L = 1 x 10-3 m3
1 atm = 101325 Pa
Bemærk, at 1 pascal = 1 newton / mto, så kl3 = 1 newton ∙ m = 1 joule = 1 J. Joule er enheden for energi, og gaskonstanten relaterer energi til temperatur og mængde stof.
Kalorien er en enhed, der stadig ofte bruges til at måle energi. Ækvivalensen med joule er:
1 kalorieindhold = 4,18 J
Hvis du foretrækker at bruge kalorieindholdet i stedet for joule, er gaskonstanten gyldig i dette tilfælde:
R = 1,9872 cal / K ∙ mol
Det er muligt at kombinere forskellige enheder af energi, temperatur og mængde stof for at udtrykke R
I termodynamikken er der tre vigtige konstanter, der er relateret: gaskonstanten R, Boltzmann-konstanten kB og Avograds nummer NTIL:
R = NTIL ∙ kB
Det ønskes at bestemme værdien af gaskonstanten i laboratoriet, for hvilken en mængde ammoniumnitrat NH nedbrydes termisk.4IKKE3 og nitrogenoxid N opnåstoEller en gas kendt for sin bedøvelseseffekt ud over vand.
Fra dette eksperiment blev der opnået 0,340 liter nitrogenoxid svarende til 0,580 g gas ved et tryk på 718 mmHg og en temperatur på 24 ° C. Bestem, hvor meget R er værd i dette tilfælde, forudsat at nitrogenoxid opfører sig som en ideel gas.
Millimeter kviksølv er også enheder til måling af tryk. I dette tilfælde udtrykkes gaskonstanten som et andet sæt enheder. Med hensyn til massen i gram kan den omdannes til mol ved hjælp af nitrogenoxidformlen under henvisning til atommassen af nitrogen og ilt i tabeller:
-Kvælstof: 14,0067 g / mol
-Oxygen: 15,9994 g / mol
Derfor har 1 mol nitrogenoxid:
(2 x 14,0067 g / mol) + 15,9994 g / mol = 44,0128 g / mol
Konverter nu antallet af lattergas til mol:
0,580 g = 0,580 g x 1 mol / 44,0128 g = 0,013178 mol
På den anden side svarer 24 ºC til 297,17 K på denne måde:
I dette sæt enheder er værdien af gaskonstanten under standardbetingelser ifølge tabellerne R = 62,36365 mmHg ∙ L / K ∙ mol. Kan læseren komme med en formodning om årsagen til denne lille forskel??
Atmosfærisk tryk varierer med højden alt efter:
Hvor P og Po repræsenterer henholdsvis trykket i højde h og ved havoverfladen, g er den velkendte værdi af tyngdeacceleration, M er den gennemsnitlige molære masse af luft, R er gaskonstanten, og T er temperaturen..
Det bliver bedt om at finde det atmosfæriske tryk i en højde h = 5 km, forudsat at temperaturen forbliver på 5 ° C.
Data:
g = 9,8 m / sto
M = 29,0 g / mol = 29,0 x 10-3 kg / mol
R = 8,314 J / K ∙ mol
Peller = 1 pengeautomat
Værdierne erstattes, idet man sørger for at opretholde enhedernes homogenitet i det eksponentielle argument. Da værdien af accelerationen på grund af tyngdekraften er kendt i SI-enheder, fungerer argumentet (som er dimensionsløst) i disse enheder:
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
og-0,6144761 = 0,541
Derfor:
P = 0,541 x 1 atm = 0,541 atm
Konklusion: atmosfæretrykket reduceres næsten til halvdelen af dets værdi ved havoverfladen, når højden er 5 km (Everest har en højde på 8.848 km).
Endnu ingen kommentarer