Газовые законы
Газ описывается четырьмя величинами: давление, объем, температура и количество вещества. Все законы темы — это разные срезы одного уравнения состояния.
Уравнение состояния
- pV = nRT, где n = m/M, R = 8,31 Дж/(моль·К).
- Температура только в кельвинах: T = t°C + 273.
- При нормальных условиях (0 °C и 101,3 кПа) один моль любого газа занимает 22,4 литра.
Частные случаи
- Изотермический (T постоянна): pV = const, давление и объем обратно пропорциональны.
- Изобарный (p постоянно): V/T = const.
- Изохорный (V постоянен): p/T = const.
- Объединенный газовый закон: p₁V₁/T₁ = p₂V₂/T₂.
Закон Авогадро и плотность
В равных объемах разных газов при одинаковых условиях содержится равное число молекул. Отсюда удобное следствие: объемы газов в уравнении реакции относятся как коэффициенты.
Относительная плотность газа по другому газу — это отношение молярных масс: D = M₁/M₂. По водороду делят на 2, по воздуху — на 29.
Разобранный пример
Газ занимал 5 л при 27 °C и давлении 100 кПа. Какой объем он займет при 127 °C и том же давлении?
- Переводим температуры: T₁ = 300 К, T₂ = 400 К.
- Давление постоянно, значит V₁/T₁ = V₂/T₂.
- V₂ = V₁ · T₂/T₁ = 5 · 400/300 ≈ 6,67 л.
Около 6,7 литра. Если бы температуры взяли в градусах Цельсия, получилось бы 23,5 л — ошибка втрое.
Что помнить
- pV = nRT содержит в себе все частные законы.
- Кельвины обязательны, иначе ответ бессмысленный.
- 22,4 л/моль — только при нормальных условиях.
- Плотность по газу — это отношение молярных масс.