Erlenmeyer Ilmu: Kimia Fisika : Gas Ideal

GAS IDEAL

Dalam seumur hidup Anda, Anda mungkin tidak akan pernah menemukan gas yang tidak berperilaku secara ideal. Namun demikian, tidak semua gas yang ideal. Untuk gas ideal, kedua asumsi-asumsi berikut harus valid. Jika salah satu atau kedua asumsi ini tidak valid, gas lagi menjadi gas ideal.
1. Ruang molekul gas menempati tidak signifikan bila dibandingkan dengan ruang di antara molekul gas.
Berpikirlah seperti ini. Bayangkan sebuah gimnasium yang kosong, kecuali satu marmer yang dibuang tergeletak di salah satu sudut. Seseorang meminta Anda untuk menghitung volume udara di dalam gimnasium. Anda mengukur tinggi, lebar, dan panjang dinding, kalikan mereka bersama-sama, dan datang dengan pendekatan yang baik untuk volume udara dalam ruangan. Secara teknis, Anda sekarang harus mengurangi volume marmer, tetapi yang benar-benar peduli karena marmer ini sangat kecil dibandingkan ke gym? Prinsip yang sama juga terjadi pada gas. Ya, molekul gas, sendiri, memiliki volume, tetapi volume yang SO kecil dibandingkan dengan volume di antara molekul gas yang benar-benar tidak masalah.

2. Gaya antarmolekul antara molekul gas dapat diabaikan. Di wajah itu, asumsi ini tampaknya agak bermasalah, karena semua senyawa yang mampu menarik senyawa lain (lihat gaya antarmolekul untuk rincian). Namun demikian, molekul gas bergerak sangat cepat sehingga mereka umumnya zip melewati satu sama lain sebelum memiliki waktu untuk baik tertarik atau ditolak oleh molekul gas lain di dekatnya. Oleh karena itu, secara umum, bahkan jika molekul gas secara teoritis sangat menarik / tolak satu sama lain, tidak masalah karena mereka bergerak ecah masa lalu lainnya terlalu cepat untuk merasakannya, dan dengan demikian asumsi hampir selalu berlaku.

II. Ketika gas tidak gas ideal

Jika salah satu (atau keduanya) dari asusmptions atas adalah tidak sah, gas tidak ideal. Pada umumnya ini terjadi dalam dua situasi:

1. Sangat tinggi tekanan
2. Sangat rendah suhu

Pada tekanan sangat tinggi, asumsi pertama gas yang ideal berantakan. Jika Anda pak gas di bawah tekanan besar, ruang antara mereka menjadi cukup kecil. Ini seperti mengisi gimnasium dengan beberapa juta kelereng. Sekarang Anda tidak lagi dapat membayar kemewahan mengabaikan mereka.

Pada temperatur rendah extremly, gas bergerak (relatif) jauh lebih lambat. Jadi memperlambat, sebenarnya, bahwa mereka tidak lagi zip melewati satu sama lain terlalu cepat untuk melihat adanya atraksi atau tolakan yang mungkin ada. Sekarang mereka merasakannya. Dan dengan demikian asumsi nomor dua berantakan.

III. Jadi, jika gas tidak ideal, apa itu?

Suatu gas yang tidak ideal disebut Gas Real. Gas nyata berperilaku sedikit berbeda dari gas ideal. Untuk tujuan kita, kekurangan utama dari gas nyata adalah bahwa Anda TIDAK dapat menggunakan persamaan gas ideal. Persamaan ini hanya berlaku untuk gas ideal. Ada persamaan terpisah untuk gas nyata (sebenarnya, ada beberapa), tetapi mereka jauh lebih rumit, dan melibatkan kalkulus, yang biasanya takut kebanyakan siswa aktif. Kimia umum karena itu akan menempel pada gas ideal.

IV. persamaan gas ideal

Sederhananya, PV = nRT. Persamaan ini, meskipun seolah-olah sederhana, adalah sangat penting dalam kemampuannya untuk menghubungkan bersama semua sifat-sifat dasar gas. T singkatan dari Suhu, dan selalu harus diukur dalam Kelvin (perhatikan Ini adalah kesalahan yang sangat umum untuk mendapatkan jawaban yang salah karena suhu tersebut dicolokkan ke dalam persamaan derajat C, bukan K!). n singkatan dari "jumlah mol," dan tidak mengherankan, diukur dalam mol. V adalah volume, dan biasanya diukur dalam liter (L). P adalah tekanan, dan sering diukur dalam atmosfer (atm), tetapi juga dapat diukur dalam pascal. R adalah konstanta gas ideal. Ini bukan sebuah variabel, dan tidak pernah berubah.

Catatan: Sebuah pemahaman menyeluruh mol diperlukan untuk secara efektif menggunakan persamaan gas ideal.

V. Jika R adalah konstan
Meskipun R adalah selalu nomor yang sama, kadang-kadang nyaman untuk mengekspresikannya dalam untis berbeda. Misalnya seseorang dapat menjadi enam meter atau 72 inci tinggi - itu adalah jumlah yang sama, hanya dinyatakan secara berbeda dalam unit yang berbeda. R biasanya dinyatakan dalam salah satu dari dua cara, dan tergantung dimana set unit yang Anda gunakan untuk tekanan. Jika Anda menggunakan pascal untuk unit tekanan Anda, R menjadi 8,3145 J / K mol. Jika Anda menggunakan atmosfer (pendekatan yang lebih umum), R adalah 0,08026 L atm / K mol.

VI. Beberapa kesalahan dalam pemakaian persamaan gas ideal

Ada banyak kesalahan potensial yang bisa Anda buat, tapi di sini adalah yang umum bahwa Anda harus selalu memeriksa jika Anda punya waktu.
1. Menggunakan nilai R yang salah.
2. Menggunakan Celcius bukan untuk Kelvin Suhu.
3. Menggunakan jumlah gram bukan jumlah mol untuk n.
4. Menggunakan torr (atau mmHg) untuk tekanan bukan atm atau pascal.

VII. Asal persamaan gas ideal

Persamaan gas idela adalah actaully kombinasi dari beberapa hukum gas yang berbeda. Robert Boyle, pada abad ketujuh belas, mengamati bahwa pressue adalah berbanding terbalik dengan volume. Ini, ketika Anda berpikir tentang hal itu, masuk akal. Jika Anda kompak balon ke volume yang lebih kecil, tekanan pada bagian dalam meningkat balon. Dengan kata lain, PV = konstan. Ini dikenal sebagai Hukum Boyle.
Jacques Charles suhu terkait dan volume. Dia menyadari bahwa sebagai suhu gas meningkat, volume meningkat (ini dengan asumsi tekanan dipertahankan konstan). Hal ini juga membuat indra, karena Anda mungkin telah diamati dalam kehidupan sehari-hari bahwa hal-hal panas cenderung berkembang. Dengan kata lain, V = konstanta x T.
Avogadro dibuat, mungkin, korelasi yang paling jelas dengan menghubungkan n dengan V. Dia menunjukkan bahwa sebagai jumlah mol meningkat, volume mereka menduduki meningkat. Sekali lagi, ini masuk akal. Yang lebih dari apa pun yang Anda miliki, semakin banyak ruang akan membutuhkan. Dengan kata lain, V = konstanta x n.
Hukum gas ideal hanya sebuah penggabungan dari ketiga prinsip yang diamati.

VIII. identitas sosok gas ke dalam persamaan gas ideal

Sebenarnya, tidak. Perhatikan bahwa dari empat variabel, P, T, V, dan n, tidak satupun dari mereka bergantung pada whasoever identitas gas. Kami bisa berbicara tentang hidrogen atau helium radon atau apa pun, dan itu tidak masalah. Salah satu manifestasi dari ini adalah bahwa satu mol gas apapun - tidak peduli apa gas yang - akan menempati jumlah yang sama ruang. Tidak masalah jika kita bicara tentang gas besar (seperti radon) atau kecil (seperti hidrogen) karena asumsi pertama gas ideal adalah bahwa volumenya tidak masalah. Selain itu, tidak masalah jika kita berbicara tentang gas polar atau non polar, karena asumsi kedua menyatakan bahwa atraksi / tolakan yang diabaikan pula. Jadi identitas gas tidak relevan sejauh persamaan gas ideal concered.

IX. Apa itu volume molar?

Ini adalah jumlah volume bahwa satu mol gas menempati. Untuk semua gas ideal, ini adalah nomor yang sama, tidak peduli apa gas Anda berbicara tentang: 22.4L. Suatu gas nyata akan berperilaku agak berbeda, dan - jika kebenaran yang mengerikan diketahui - bahkan beberapa gas yang ideal menyimpang sedikit (Cardon dioksida, misalnya, Bucks hukum dan menempati 22.3L hanya untuk menjadi berbeda), tetapi jika seperti perbedaan ada, mereka kecil dan dapat diabaikan dengan aman oleh seorang mahasiswa kimia umum.

Perhitungan dengan menggunakan persamaan gas ideal

1. Perhitungan di mana satu variabel yang hilang.

Ini adalah arguably paling mudah dari persamaan gas ideal, dan biasanya diungkapkan sebagai berikut: "Sebuah tabung gas dari __ volume yang berisi __ mol gas ideal pada suhu __ Apakah tekanan di dalam silinder.." Atau, mereka dapat memberikan T, P, dan n, dan meminta V, atau kombinasi dari semuanya. Untuk jenis pertanyaan, Anda memiliki tiga dari empat variabel, dan hanya perlu untuk memecahkan keempat. Ini situasi yang plug-and-bunyi letusan kecil sederhana. Tuliskan "PV = nRT" dan mengisi hal-hal yang Anda tahu (R, untungnya, akan selalu soemthing Anda tahu) dan kemudian memecahkan salah satu yang masih hilang. Saya sangat merekomendasikan melacak unit seperti yang Anda lakukan ini, karena ini adalah kesalahan siswa yang paling umum.

Contoh: 1,12 mol gas neon yang ditempatkan di kapal 5.0L, dan tekanan diukur menjadi 749 torr. Apakah suhu gas dalam silinder?

Jawaban: Kita tahu n, P, dan V dari pertanyaan, dan hanya perlu untuk memecahkan T. Trik-satunya adalah mendapatkan unit yang tepat. Tekanan diberikan kepada Anda dalam torr. Pada umumnya ide yang baik untuk mengubah ini untuk atm langsung (760 torr = 1 atm). Dalam hal ini, 749 torr adalah 0,986 atm. Juga, pastikan untuk menggunakan nilai R yang benar (dalam hal ini, gunakan 0,8206 karena kita bekerja dengan atmosfer) Jadi. . .
PV = nRT
(0,986 atm) (5.0L) = (1,12 mol) (0,08206 L atm / mol K) (T)
K = 58,64 T
Dalam jumlah yang benar sig buah ara, ini menjadi hanya 59 K.

2. Perhitungan di mana dua variabel berubah.

Dalam skenario ini, ada situasi "sebelum" dan "setelah". Dua dari varibles disimpan konstan, dan dua berubah. Cara terbaik untuk memecahkan masalah ini adalah "kelompok" hal-hal yang berubah pada satu sisi persamaan, dan hal-hal yang tidak berubah di sisi lain.

Contoh: Sebuah kotak yang berisi sampel gas pada 1,00 atm dipanaskan dari 270k ke 300K. Apa yang terjadi pada tekanan di dalam kotak?

Jawaban: volume kotak (V) dan jumlah mol dalam kotak tidak berubah. Suhu dan tekanan telah berubah. Jadi menulis ulang PV = nRT ulang sehingga kedua set dikelompokkan di kedua sisi. . . P / T = nR / V. Sekarang, karena seluruh ekspresi nR / V tidak berubah, P / T untuk situasi "sebelum" harus sama dengan P / T untuk situasi "setelah". Jadi. . .
(1,00 atm) / (270k) = (P) / (300K)
1.11atm = P
Jeda untuk mempertimbangkan ini. Apakah jawaban ini masuk akal. Anda telah menaikkan suhu, dan sebagai hasilnya tekanan sudah naik? Sebuah sekilas di persamaan gas ideal membenarkan ini. Kenaikan suhu harus sesuai dengan kenaikan tekanan (jika segala sesuatu yang lain tetap sama).

1. Sebuah wadah bervolume 3,0 dm³ mengandung karbon dioksida CO₂ pada tekanan 200 kPa, dansatu lagi wadah bervolume 1,0 dm³ mengandung N₂ pada tekanan 300 kPa. Bila kedua gas dipindahkan ke wadah 1,5 dm³. Hitung tekanan total campuran gas. Temperatur dipertahankan tetap selama percobaan.

Jawab: Tekanan parsial CO₂ akan menjadi 400 kPa karena volume wadah baru 1/2 volume wadah sementara tekanan N₂ adalah 300 x (2/3) = 200 kPa karena volumenya kini hanya 2/3 volume awalnya. Maka tekanan totalnya 400 + 200 = 600 kPa.

2. 32 g Ch₄dan 32 g O₂berada dalam 1 L kontainer bersuhu 25^oC, berapa tekanan total dan parsial dari gas campuran?

Jawab : ubah g ke mol : mol CH₄ = 32 g/ 16 gmol = 2 mol

Mol O₂ = 32 g / 32 gmol = 1 mol

T = 25^oC = 298 K

Pt = (1 mol + 2 mol)x(0,082 L.atm/mol.K)x(298 K) = 73 atm

1 L

P CH₄ = 2 mol x 73 atm = 49 atm

3 mol

P O₂ = 1 mol x 73 atm = 24 atm

3 mol

3. Massa jenis nitrogen 1,25 kg/m³ pada tekanan normal. Tentukan massa jenis nitrogen pada suhu 42º C dan tekanan 0,97 10⁵ N m^-2!

Penyelesaian :

r₁ = 1,25 kg/m³

p₁ = 76 cm Hg

T₁ = 273 K

T₂ = 315 K

p₂ = 0,97 . 10⁵ N m^-2

p₁ = 76 cm Hg

= 76 . 13,6 . 980 dyne/cm³

= 101292,8 N m^-2

r₂ = 0,9638 kg/m³

4. Di dalam sebuah tangki yang volumenya 50 dm³ terdapat gas oksigen pada suhu 27º C dan tekanan 135 atm. Berapakah massa gas tersebut?

Penyelesaian:

R = 0,821 lt atm/molº k

p = 135 atm

V = 50 dm³

T = 300º K

n =

= 274 mol

M O₂ = 16 + 16 = 32

m O₂ = 32 . 274

= 8768 gr

5. Sebuah tangki berisi 8 kg gas oksigen pada tekanan 5 atm. Bila oksigen dipompa keluar lalu diganti dengan 5,5 kg gas karbondioksida pada suhu yang sama, berapakah tekanannya?

Penyelesaian:

M O₂ = 32 à n (8 kg O₂ ) =

= 250 mol

M CO₂ = 44 à n (5,5 kg CO₂) =

= 125 mol

p₁ = 5 atm

p₁ V₁ = n₁ R T₁T₁ = T₂

p₂ V₂ = n₂ R T₂ V₁= V₂

p₂ = p₁

= 5

p₂ = 2,5 atm

6. Massa 1 mol air 10 kg. berapa jumlah molekul H₂O dalam 1 gr berat air. Berapakah jarak rata- rata antara molekul pada tekanan 1,01 . 10⁵ N m^-2 dan pada suhu 500º K?

Penyelesaian:

p V = n R T

V =

= 4,5 . 10^-4 m³

v Volume tiap molekul =

= 134,4 . 10^-26 m³

v Jarak partikel- partikel dianggap seperti bola, sehingga:

V = 4/3 p r³

134,4 . 10^-26 = 4/3 . 3,14 r³

r³ = 32,09 . 10²⁶ à r =

7. Tekanan partial uap air pada suhu 27º C adalah 15 cm Hg. Berapa banyakya uap air yang terdaat dalam 1 m³ udara?

Penyelesaian:

p =

= 0,197 N/m²

p V = n R T

n =

= 0,079 mol

Uap air (H₂O) à M = 18

v Banyaknya m H₂O = 0,079 . 18 = 0,1422 gr

8. Sebuah tangki yang volumenya 100 lt berisi 3 kg udara pada tekanan 20 atm. Berapa banyaknya udara yang harus dimasukkan dalam tangki itu supaya tekanannya menjadi 25 atm?

Penyelesaian:

T₁ = T₂

V₁ = V₂

m₂=

= 3,75 kg

9. 5 mol gas yang berada dalam tangki yang volumenya 40 lt dan suhu 20º C mengadakan tekanan 3 atm. Berapa tekanan 20 mol gas tersebut jika berada dalam tangki yang volumenya 100 lt dan suhu 87º C?

Penyelesaian:

n₁ = 5 mol

V₁ = 40 lt

T₁ = 293º K

p₁ = 3 atm

n₂ = 20 mol

V₂ = 100 lt

T₂ = 360º K

p_{2................}?