VŠEOBECNÉ PLYNOVÉ PRÁVO: VZORCE, APLIKÁCIE A CVIČENIA - CHÉMIA - 2025

Všeobecný zákon plyn je výsledkom kombinácie Boyle-Mariotte zákon, Charles zákon, a Gay-Lussac právo; v skutočnosti možno tieto tri zákony považovať za osobitné prípady všeobecného zákona o plyne. Na druhej strane možno všeobecný zákon o plyne považovať za špecifikáciu zákona o ideálnom plyne.

Všeobecný zákon o plyne stanovuje vzťah medzi objemom, tlakom a teplotou plynu. Týmto potvrdzuje, že pri tlaku plynu produkt jeho tlaku objemom, ktorý zaberá, delený teplotou, pri ktorej sa nachádza, zostáva konštantný.

Plyny sa vyskytujú v rôznych procesoch v prírode a vo veľkom množstve aplikácií, či už v priemyselnom alebo každodennom živote. Preto nie je prekvapujúce, že všeobecné právne predpisy o plyne majú rôzne a rôznorodé uplatnenie.

Tento zákon nám napríklad umožňuje vysvetliť činnosť rôznych mechanických zariadení, ako sú klimatizácia a chladničky, prevádzka horúcich vzduchových balónov, a možno ich dokonca použiť na vysvetlenie procesov tvorby mrakov.

vzorca

Matematická formulácia zákona je nasledovná:

P = V / T = K

V tomto vyjadrení P je tlak, T predstavuje teplotu (v stupňoch Kelvin), V je objem plynu a K predstavuje konštantnú hodnotu.

Predchádzajúci výraz možno nahradiť takto:

P ₁ ∙ V ₁ / T ₁ = P ₂ ∙ V ₂ / T ₂

Táto posledná rovnica je veľmi užitočná na štúdium zmien, ktorým plyny prechádzajú, keď je modifikovaná jedna alebo dve termodynamické premenné (tlak, teplota a objem).

Boyle-Mariotteho zákon, Charlesov zákon a Gay-Lussacov zákon

Každý z vyššie uvedených zákonov sa týka dvoch termodynamických premenných v prípade, že tretia premenná zostáva konštantná.

Charlesov zákon hovorí, že objem a teplota sú priamo úmerné, pokiaľ tlak zostáva nezmenený. Matematické vyjadrenie tohto zákona je toto:

V = K ₂ ∙ T

Boyleov zákon naopak stanovuje, že tlak a objem majú medzi sebou inverzný vzťah, keď teplota zostáva konštantná. Boyleho zákon sa matematicky sumarizuje takto:

P ∙ V = K ₁

Zákon Gay-Lussac napokon uvádza, že teplota a tlak sú priamo úmerné prípadom, v ktorých sa objem plynu nemení. Matematicky je zákon vyjadrený takto:

P = K ₃ ∙ T

V tomto výraze K ₁ , K ₂ a K ₃ predstavujú rôzne konštanty.

Zákon o ideálnom plyne

Všeobecný zákon o plyne je možné získať na základe zákona o ideálnom plyne. Zákon o ideálnom plyne je rovnicou stavu ideálneho plynu.

Ideálny plyn je hypotetický plyn tvorený časticami s bodovým charakterom. Molekuly týchto plynov navzájom nevyvíjajú gravitačnú silu a ich zrážky sú charakterizované tým, že sú úplne elastické. Týmto spôsobom je hodnota kinetickej energie priamo úmerná jeho teplote.

Skutočné plyny, ktorých správanie sa najviac podobá správaniu ideálnych plynov, sú monatomické plyny pri nízkych tlakoch a vysokých teplotách.

Matematické vyjadrenie zákona o ideálnom plyne je takéto:

P ∙ V = n ∙ R ∙ T

Táto rovnica n je počet mólov a R je univerzálna konštanta ideálnych plynov, ktorých hodnota je 0,082 atm ∙ L / (mol ∙ K).

aplikácia

Všeobecný zákon o plyne, ako aj zákony Boyle-Mariotta, Charlesa a Gay-Lussac možno nájsť v mnohých fyzikálnych javoch. Rovnako slúžia na vysvetlenie fungovania mnohých rôznych mechanických zariadení každodenného života.

Napríklad v tlakovom hrnci môžete dodržiavať zákon Gay Lussac. V nádobe zostáva objem konštantný, takže ak sa zvýši teplota plynov, ktoré sa v nej akumulujú, zvýši sa aj vnútorný tlak v nádobe.

Ďalším zaujímavým príkladom je teplovzdušný balón. Jeho pôsobenie je založené na Charlesovom zákone. Vzhľadom na to, že atmosférický tlak možno považovať za prakticky konštantný, stane sa pri zahrievaní plynu, ktorý plní balón, zvýšený objem, ktorý zaberá; tak sa zníži jeho hustota a balón môže stúpať.

Riešené cvičenia

Prvé cvičenie

Stanoví sa konečná teplota plynu, ktorého počiatočný tlak 3 atmosféry sa zdvojnásobí, až kým sa nedosiahne tlak 6 atmosfér, pričom sa jeho objem zníži z objemu 2 litrov na 1 liter s vedomím, že počiatočná teplota plynu bola 208, 25 ° K.

Riešenie

Nahrádza sa nasledujúcim výrazom:

P ₁ ∙ V ₁ / T ₁ = P ₂ ∙ V ₂ / T ₂

musíš:

Riešenie pre dostaneme, že T ₂ = 208,25 ºK

Druhé cvičenie

Pri tlaku plynu 600 mm Hg, ktorý zaberá objem 670 ml a pri teplote 100 ° C, stanovte, aký bude jeho tlak pri 473 ° K, ak pri tejto teplote zaberá objem 1500 ml.

Riešenie

Predovšetkým je vhodné (a vo všeobecnosti potrebné) transformovať všetky údaje do jednotiek medzinárodného systému. Preto musíte:

P ₁ = 600/760 = 0,789473684 atm približne 0,79 atm

V ₁ = 0,67 l

T ₁ = 373 ºK

P ₂ =?

V ₂ = 1,5l

T ₂ = 473 ºK

Nahrádza sa nasledujúcim výrazom:

P ₁ ∙ V ₁ / T ₁ = P ₂ ∙ V ₂ / T ₂

musíš:

0,79 ∙ 0,67 / 373 = P ₂ ∙ 1,5 / 473

Riešenie pre P ₂ dostaneme:

P ₂ = 0,484210526 približne 0,48 atm

Referencie

1. Schiavello, Mario; Vicente Ribes, Leonardo Palmisano (2003). Základy chémie. Barcelona: Editorial Ariel, SA
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ed. Svet fyzikálnej chémie.
3. Všeobecné plynové právo. (Nd). Na Wikipédii. Citované z 8. mája 2018, z es.wikipedia.org.
4. Zákony o plyne. (Nd). Na Wikipédii. Citované z 8. mája 2018, z en.wikipedia.org.
5. Zumdahl, Steven S (1998). Chemické princípy. Houghton Mifflin Company.