Dujos yra materijos būsena, neturinti apibrėžtos formos ar tūrio. Dujos turi savo unikalų elgesį, atsižvelgiant į įvairius kintamuosius, tokius kaip temperatūra, slėgis ir tūris. Nors kiekvienos dujos yra skirtingos, visos dujos veikia panašiai. Šis studijų vadovas pabrėžia sąvokas ir įstatymus, susijusius su dujų chemija.
Slėgis yra a matas jėgos kiekis ploto vienete. Dujų slėgis yra jėgos, kurią dujos daro savo paviršiuje, tūrio tūris. Dujos, kuriose yra aukštas slėgis, veikia daugiau jėgų nei dujos, kurių žemas slėgis.
SI slėgio vienetas yra paskalis (simbolis Pa). Paskalis yra lygus 1 niutono jėgai kvadratiniame metre. Šis įrenginys nėra labai naudingas, kai reikalingas dujų tiekimas realaus pasaulio sąlygomis, tačiau tai yra standartas, kurį galima išmatuoti ir atkurti. Laikui bėgant atsirado daug kitų slėgio įrenginių, daugiausia susijusių su mums labiausiai pažįstamomis dujomis: oru. Oro problema, slėgis nėra pastovus. Oro slėgis priklauso nuo aukščio virš jūros lygio ir daugelio kitų veiksnių. Daugelis slėgio vienetų iš pradžių buvo pagrįsti vidutiniu oro slėgiu jūros lygyje, tačiau tapo standartizuoti.
Temperatūra yra materijos savybė, susijusi su komponentų dalelių energijos kiekiu.
Šiam energijos kiekiui matuoti buvo sukurtos kelios temperatūros skalės, tačiau SI standartinė skalė yra Kelvino temperatūros skalė. Dar dvi bendros temperatūros skalės yra Farenheito (° F) ir Celsijaus (° C) skalės.
Kelvino skalė yra absoliuti temperatūros skalė ir naudojama beveik visuose dujų skaičiavimuose. Dirbant su dujų problemomis svarbu konvertuoti temperatūros rodmenis pas Kelviną.
Konversijos formulės tarp temperatūros skalių:
K = ° C + 273,15
° C = 5/9 (° F - 32)
° F = 9/5 ° C + 32
STP reiškia standartinė temperatūra ir slėgis. Tai reiškia sąlygas esant 1 atmosferos slėgiui esant 273 K (0 ° C). STP dažniausiai naudojamas atliekant skaičiavimus, susijusius su dujų tankiu arba kitais atvejais standartinės valstybės sąlygos.
Prie STP idealių dujų molis užims 22,4 l tūrį.
Daltono dėsnis nurodomas bendras dujų mišinio slėgis yra lygus visų atskirų komponentų dujų slėgio sumai.
Pviso = PDujos 1 + P2 dujos + P3 dujos + ...
Žinomas individualus komponentų dujų slėgis kaip dalinis slėgis dujų. Dalinis slėgis apskaičiuojamas pagal formulę
Pi = XiPviso
kur
Pi = dalinis atskirų dujų slėgis
Pviso = bendras slėgis
Xi = atskirų dujų molinė frakcija
Molinė frakcija, Xi, apskaičiuojamas padalijant atskirų dujų molių skaičių iš bendro sumaišytų dujų molių skaičiaus.
Avogadro dėsnis teigia, kad dujų tūris yra tiesiogiai proporcingas apgamų skaičius dujų, kai slėgis ir temperatūra išlieka pastovūs. Iš esmės: dujos turi tūrį. Įpilkite daugiau dujų, jei slėgis ir temperatūra nesikeičia, dujos sunaudoja daugiau tūrio.
V = kn
kur
V = tūris k = pastovus n = apgamų skaičius
Avogadro dėsnis taip pat gali būti išreikštas taip
Vi/ ni = Vf/ nf
kur
Vi ir Vf yra pradinė ir galutinė apimtys
ni ir nf yra pradinis ir galutinis apgamų skaičius
Boyle'io dujų įstatymas teigia, kad dujų tūris yra atvirkščiai proporcingas slėgiui, kai temperatūra palaikoma pastovi.
P = k / V
kur
P = slėgis
k = konstanta
V = tūris
Boyle'io dėsnis taip pat gali būti išreikštas taip
PiVi = PfVf
kur Pi ir Pf yra pradinis ir galutinis slėgis Vi ir Vf yra pradinis ir galutinis slėgis
Didėjant tūriui, mažėja slėgis arba mažėjant tūriui, slėgis didės.
Karolio dujų įstatymas teigia, kad dujų tūris yra proporcingas jų absoliučiai temperatūrai, kai slėgis palaikomas pastovus.
V = kT
kur
V = tūris
k = konstanta
T = absoliuti temperatūra
Karolio įstatymas taip pat gali būti išreikštas
Vi/ Ti = Vf/ Ti
kur Vi ir Vf yra pradinė ir galutinė apimtys
Ti ir tf yra pradinė ir galutinė absoliučiosios temperatūros
Jei slėgis bus pastovus ir temperatūra didės, dujų tūris padidės. Kai dujos atvės, tūris sumažės.
Vaikinas-Lussaco dujų įstatymas teigia, kad dujų slėgis yra proporcingas jų absoliučiai temperatūrai, kai tūris palaikomas pastovus.
P = kT
kur
P = slėgis
k = konstanta
T = absoliuti temperatūra
Guy-Lussac'o įstatymai taip pat gali būti išreikšti
Pi/ Ti = Pf/ Ti
kur Pi ir Pf yra pradinis ir galutinis slėgis
Ti ir tf yra pradinė ir galutinė absoliučiosios temperatūros
Jei temperatūra padidės, dujų slėgis padidės, jei tūris bus palaikomas pastovus. Kai dujos atvės, slėgis sumažės.
Idealus dujų įstatymas, taip pat žinomas kaip kombinuotų dujų įstatymas, yra visų ankstesnių dujų įstatymų kintamieji. idealus dujų įstatymas išreiškiama formule
PV = nRT
kur
P = slėgis
V = tūris
n = dujų molių skaičius
R = ideali dujų konstanta
T = absoliuti temperatūra
R vertė priklauso nuo slėgio, tūrio ir temperatūros vienetų.
R = 0,0821 litras · atm / mol · K (P = atm, V = L ir T = K)
R = 8,3145 J / mol · K (slėgis x tūris yra energija, T = K)
R = 8,2057 m3· Atm / mol · K (P = atm, V = kubiniai metrai ir T = K)
R = 62,3637 L · Torr / mol · K arba L · mmHg / mol · K (P = torr arba mmHg, V = L ir T = K)
Idealių dujų įstatymas gerai tinka dujoms normaliomis sąlygomis. Nepalankios sąlygos yra aukštas slėgis ir labai žema temperatūra.
Idealių dujų įstatymas yra tinkamas realaus dujų elgesio suderinimas. Idealių dujų įstatyme numatytos vertės paprastai yra 5% išmatuotų realaus pasaulio verčių. Idealių dujų įstatymas žlunga, kai dujų slėgis yra labai aukštas arba temperatūra yra labai žema. Van der Waalso lygtyje yra dvi idealių dujų įstatymo modifikacijos ir ji naudojama tiksliau numatyti tikrų dujų elgseną.
Van der Waalso lygtis yra
(P + an2/ V2) (V - nb) = nRT
kur
P = slėgis
V = tūris
a = slėgio pataisos konstanta, būdinga tik dujoms
b = tūrio pataisos konstanta, būdinga tik dujoms
n = dujų molių skaičius
T = absoliuti temperatūra
Van der Waalso lygtis apima slėgio ir tūrio pataisą, kad būtų atsižvelgta į molekulių sąveiką. Skirtingai nuo idealių dujų, atskiros tikrų dujų dalelės sąveikauja viena su kita ir turi neabejotiną tūrį. Kadangi kiekvienos dujos yra skirtingos, kiekvienos dujos turi savo korekcijas arba a ir b reikšmes van der Waalso lygtyje.