이상적인 가스 방정식은 주어진 가스의 압력, 부피 및 온도 사이의 관계를 제공합니다. 기본 가스 방정식 또는 일반 가스 방정식으로 알려져 있습니다. 일부 근사치가있는 가상 가스 인 이상적인 가스에만 유효하지만 여전히 가스의 기본 행동을 설명하고 이해하는 데 도움이됩니다. 1834 년 베노트 폴 에밀 클레이 리론 (Paul Emile Clapeyron)이 처음으로 언급했다. 그것은 아래에 설명 된 기본 가스 법의 조합이다.
.위에서 논의한 바와 같이, 이상적인 가스 방정식은 4 가지 법칙의 조합입니다. 이들은 Boyle 's Law, Charles's Law, Gay-Lussac의 법칙 및 Avogadro의 법입니다. 따라서이 법을 먼저 소개하겠습니다.
Boyle 's Law
일정한 온도에서 주어진 가스의 가스의 경우, 주어진 가스의 압력은 부피에 반비례합니다.
v/1/p
pv =k1
여기서,
v는 볼륨
입니다P는 가스의 압력이다
K1은 상수입니다
다른 형태로, 우리는 그것을 p1v1 =p2v2
로 쓸 수 있습니다.여기서는 P1은 초기 압력, V1은 초기 부피, P2는 최종 압력이고 V2는 최종 부피입니다.
찰스의 법률
일정한 압력에서 주어진 가스 질량의 부피와 온도와 관련이 있습니다.
진술 :“일정한 압력에서 주어진 양의 가스의 양은 절대 온도에 따라 다릅니다.”
.수학적으로, 우리는-
를 말할 수 있습니다v> t
또는 v =kt
또는 v/t =k =상수
또는 v1 / t1 =v2 / t2
로 쓸 수 있습니다.온도는 여기서 켈빈에서 측정됩니다. 영국 물리학 자이자 수학자 인 켈빈 경은이 온도 규모 (온도의 절대 스케일이라고 함)를 고안했습니다. -273 ° C에 해당하는 절대 0은 스케일의 가장 낮은 지점입니다. 가스의 분자 이동성은 절대 0, -273 ° C에서 정지되고 가스의 부피는 0이됩니다. 가스는 액체 또는 고체로 변형됩니다. 결과적으로, 절대 0은 기체 물질이 존재하지 않는 온도입니다. 온도는 항상 섭씨 도로 273도를 추가하여 계산됩니다.
수학적으로, k =(° C+273)
온도 의이 절대 척도는 가스 법칙에 사용됩니다.
게이 -Lussac의 법칙
그것은 일정한 부피에서 주어진 가스 질량의 압력과 절대 온도와 관련이 있습니다.
진술 :볼륨은 일정하게 유지됩니다. 주어진 가스 질량의 압력은 온도의 정도 변화 당 0 ° C에서 압력의 273만큼 증가 또는 감소합니다.
p =p0 (1+t273)
또는 p =p0 (273+t273)
또는 p =p0 (tt0)
여기서 t =(273 + t) k 및 t0 =273 k
또는 pt =p0t0
또는 pt =상수
"일정한 부피에서, 주어진 양의 가스의 압력은 절대 온도에 직접 비례합니다."
Avogadro의 법칙
명령문 :모든 가스의 동일한 부피는 동일한 온도 및 압력 조건에서 동일한 분자를 포함합니다.
STP 하에서 1 몰의 가스 (6.0231023) 분자는 22.4l의 부피를 차지한다.
주어진 온도 및 압력에서 가스의 몰 부피는 특정 상수입니다. 촬영 한 가스와 무관합니다.
따라서, 그것은 v∝ n (일정한 온도 및 압력에서)으로 쓸 수 있습니다
또는 v1n1 =v2n2
SATP (표준 주변 온도 및 압력)에서는 25 ° C 및 1 bar 압력, 몰 부피 =24800ml를 의미합니다.
이상적인 가스 방정식
이제 우리는 위에서 논의한 4 가지 법률의 조합으로 이상적인 가스 방정식을 쓸 수 있습니다.
우리는 pv =상수 ……………. (1)
를 알고 있습니다pt =상수 …………… .. (2)
v/t =상수 ……………. (3)
v1n1 =상수
따라서 우리는 pv ∝ nt
라는 결론을 내릴 수 있습니다비례 기호를 제거하면 pv =rnt
여기서 R을 이상적인 가스 상수라고합니다. 이는 가스의 경우 동일하지만 사용중인 장치에 따라 다를 수 있습니다. 가장 일반적인 표현은 r =0.0821 (l*atm/mol*k) 입니다 또는 r =8.31 (j/mol*k).
따라서 방정식 PV =NRT를 이상적인 가스 방정식이라고합니다.
앞에서 논의한 바와 같이,이 방정식은 이상적인 가스에만 유효합니다. 그렇다면 이상적인 가스는 무엇입니까? 일반적으로 이상적인 가스 방정식에 순종하는 가스는 이상적인 가스라고 말할 수 있습니다.
이제 문제는이 방정식을 다른 방법으로 확인할 수 있습니까? 예, 이상적인 가스 방정식은 가스의 운동 이론에 의해 검증 될 수 있습니다.
가스의 동역학 이론에 가기 전에 이상적인 가스의 특성에 대해 논의합시다.
- 가스에는 매우 많은 수의 분자가 포함되어 있습니다.
- 분자는 가스의 총 부피와 비교하여 부피가 매우 무시되었습니다.
- 분자는 항상 임의의 움직임을 수행합니다.
- 분자는 가스 내부에 균일하게 분포되어 있습니다. 이것은 가스 분자가 본질적으로 등방성임을 의미합니다.
- 가스 분자는 충돌 중에 만 힘을 경험합니다.
- 가스 분자와 벽 사이의 충돌은 항상 탄력적입니다.
- 모든 분자는 속도가 불균형합니다. 즉, 분자 속도는 0에서 무한대로 분포됩니다.
- 충돌 기간은 두 가지 연속 충돌 사이의 시간 간격과 비교할 때 무시할 수 있습니다.
- 중력 전위 에너지는 분자의 움직임에 영향을 미치지 않습니다.
위 시점에서 우리는 다른 가스 방정식을 도출 할 수 있습니다.
pv =13Mnc2
여기서 M은 가스 분자의 질량, n 분자 수 및 C는 분자의 평균 속도입니다.
C2는 t
에 비례합니다따라서 T가 일정하다면 PV도 일정하며 Boyle의 법칙을 증명합니다.
비슷한 방식으로, 우리는이 운동 이론 방정식에서 다른 법을 증명할 수 있습니다.
결론
가스 법률은 열 물리학을 이해하는 가장 기본적인 법률입니다. 실제 가스에는 적용 할 수는 없지만 물질 (기본적으로 가스)의 행동을 올바르게 이해하는 데 도움이됩니다. 일부 특정 조건 하에서 많은 가스는 이러한 법률에 순종합니다. Henry 's Law, Dalton의 부분 압력법, Graham's Law 등과 같은 다른 가스 법도 있습니다.
