Plin je stanje materije bez definiranog oblika ili volumena. plinovi imaju svoje jedinstveno ponašanje ovisno o različitim varijablama, kao što su temperatura, tlak i volumen. Iako je svaki plin različit, svi plinovi djeluju u sličnoj materiji. Ovaj vodič za istraživanje ističe koncepte i zakone koji se bave kemijom plinova.
Pritisak je a mjera od količina sile po jedinici površine. Tlak plina je količina sile koju gas djeluje na površinu unutar svog volumena. Plinovi visokog tlaka djeluju više na silu nego plin s niskim tlakom.
SI jedinica pritiska je paskal (simbol Pa). Pascal je jednak sili od 1 newton na kvadratni metar. Ova jedinica nije baš korisna za rad s plinovima u stvarnim uvjetima, ali to je standard koji se može mjeriti i reproducirati. Tijekom vremena razvile su se mnoge druge tlačne jedinice, uglavnom se bave plinom koji nam je najpoznatiji: zrak. Problem sa zrakom, tlak nije stalan. Tlak zraka ovisi o nadmorskoj visini i mnogim drugim faktorima. Mnoge jedinice za tlak izvorno su se temeljile na prosječnom tlaku zraka na razini mora, ali postale su standardizirane.
Temperatura je svojstvo materije koja se odnosi na količinu energije sastavnih čestica.
Za mjerenje te količine energije razvijeno je nekoliko temperaturnih ljestvica, ali SI standardna ljestvica je Kelvinska skala temperature. Dvije uobičajene temperaturne ljestvice su Farenheitska (° F) i Celzijeva (° C) ljestvica.
Kelvinova ljestvica je apsolutna temperaturna ljestvica i koristi se u skoro svim proračunima plina. Pri radu s plinskim problemima važno je pretvoriti očitanja temperature do Kelvina.
Formule pretvorbe između temperaturnih ljestvica:
K = ° C + 273,15
° C = 5/9 (° F - 32)
° F = 9/5 ° C + 32
STP znači standardna temperatura i pritiska. Odnosi se na uvjete pod 1 atmosferskom tlakom pri 273 K (0 ° C). STP se obično koristi u proračunima koji uključuju gustoću plinova ili u drugim slučajevima standardni uvjeti države.
U STP, mol idealnog plina će zauzeti volumen od 22,4 L.
Daltonov zakon navodi da je ukupni tlak mješavine plinova jednak zbroju svih pojedinačnih pritisaka komponentnih plinova.
Pukupno = PPlin 1 + PPlin 2 + PPlin 3 + ...
Poznat je pojedinačni tlak komponentnog plina kao parcijalni pritisak plina. Djelomični tlak se izračunava formulom
Pja = XjaPukupno
gdje
Pja = djelomični tlak pojedinačnog plina
Pukupno = ukupni tlak
xja = molski udio pojedinačnog plina
Molijski udio, Xja, izračunava se dijeljenjem broja molova pojedinog plina na ukupni broj molova miješanog plina.
Avogadrov zakon navodi da je zapremina plina izravno proporcionalna broj molova plina kada tlak i temperatura ostaju konstantni. U osnovi: Plin ima volumen. Dodajte više plina, ako se tlak i temperatura ne promijene, plin zauzima više volumena.
V = kn
gdje
V = volumen k = konstanta n = broj molova
Avogadrov zakon također se može izraziti kao
Vja/ nja = Vf/ nf
gdje
Vja i Vf početni i konačni svezak
nja i nf početni je i konačni broj molova
Boyleov zakon o plinu navodi da je volumen plina obrnuto proporcionalan tlaku kada se temperatura održava konstantnom.
P = k / V
gdje
P = pritisak
k = konstanta
V = glasnoća
Boyleov zakon se također može izraziti kao
PjaVja = PfVf
gdje Pja i Pf su početni i završni pritisci Vja i Vf su početni i završni pritisci
Kako se volumen povećava, tlak se smanjuje ili kako se volumen smanjuje, tako će se i pritisak povećavati.
Charlesov zakon o plinu navodi da je volumen plina proporcionalan njegovoj apsolutnoj temperaturi kada se tlak održava konstantnim.
V = kT
gdje
V = glasnoća
k = konstanta
T = apsolutna temperatura
Charlesov zakon se također može izraziti kao
Vja/ Tja = Vf/ Tja
gdje je Vja i Vf su početni i konačni svezak
Tja i Tf su početne i krajnje apsolutne temperature
Ako se pritisak drži konstantnim i temperatura raste, volumen plina će se povećati. Kako se plin hladi, volumen će se smanjivati.
Momak-Lussac-ov zakon o plinu navodi da je tlak plina proporcionalan njegovoj apsolutnoj temperaturi kada se volumen održava konstantnim.
P = kT
gdje
P = pritisak
k = konstanta
T = apsolutna temperatura
Guy-Lussacov zakon se također može izraziti kao
Pja/ Tja = Pf/ Tja
gdje Pja i Pf su početni i završni pritisci
Tja i Tf su početne i krajnje apsolutne temperature
Ako se temperatura poveća, tlak plina će se povećati ako se volumen održava konstantnim. Kako se plin hladi, tlak će se smanjivati.
Zakon o idealnom plinu, također poznat kao zakon o kombiniranom plinu, kombinacija je svih varijable u prethodnim zakonima o plinu. zakon o idealnom plinu izražava se formulom
PV = nRT
gdje
P = pritisak
V = glasnoća
n = broj molova plina
R = idealna konstanta plina
T = apsolutna temperatura
Vrijednost R ovisi o jedinicama tlaka, volumena i temperature.
R = 0,0821 litra · atm / mol · K (P = atm, V = L i T = K)
R = 8,3145 J / mol · K (Tlak x Volumen je energija, T = K)
R = 8,2057 m3· Atm / mol · K (P = atm, V = kubični metar i T = K)
R = 62,3637 L · Torr / mol · K ili L · mmHg / mol · K (P = torr ili mmHg, V = L i T = K)
Zakon o idealnom plinu dobro funkcionira za plinove u normalnim uvjetima. Nepovoljni uvjeti uključuju visoke pritiske i vrlo niske temperature.
Idealni zakon o plinu je dobra aproksimacija za ponašanje stvarnih plinova. Vrijednosti predviđene zakonom o idealnom plinu obično su unutar 5% izmjerenih vrijednosti stvarnog svijeta. Zakon o idealnom plinu ne uspijeva kada je tlak plina vrlo visok ili je temperatura vrlo niska. Van der Waalsova jednadžba sadrži dvije modifikacije zakona idealnog plina i koristi se za pobliže predviđanje ponašanja stvarnih plinova.
Van der Waalsova jednadžba je
(P + an2/ V2) (V - nb) = nRT
gdje
P = pritisak
V = glasnoća
a = konstanta korekcije tlaka jedinstvena za plin
b = konstanta korekcije volumena jedinstvena za plin
n = broj molova plina
T = apsolutna temperatura
Van der Waalsova jednadžba uključuje korekciju pritiska i volumena kako bi se uzele u obzir interakcije između molekula. Za razliku od idealnih plinova, pojedine čestice pravog plina djeluju međusobno i imaju određen volumen. Budući da je svaki plin različit, svaki plin ima svoje korekcije ili vrijednosti za a i b u van der Waalsovoj jednadžbi.