Un gaz est un état de la matière sans forme ni volume définis. Des gaz ont leur propre comportement unique en fonction d'une variété de variables, telles que la température, la pression et le volume. Bien que chaque gaz soit différent, tous les gaz agissent de manière similaire. Ce guide d'étude met en évidence les concepts et les lois traitant de la chimie des gaz.
La pression est un mesure de la quantité de force par unité de surface. La pression d'un gaz est la quantité de force que le gaz exerce sur une surface dans son volume. Les gaz à haute pression exercent plus de force que les gaz à basse pression.
le SI l'unité de pression est le pascal (symbole Pa). Le pascal est égal à la force de 1 newton par mètre carré. Cette unité n'est pas très utile pour traiter des gaz dans des conditions réelles, mais c'est une norme qui peut être mesurée et reproduite. De nombreuses autres unités de pression se sont développées au fil du temps, traitant principalement du gaz que nous connaissons le mieux: l'air. Le problème avec l'air, la pression n'est pas constante. La pression atmosphérique dépend de l'altitude au-dessus du niveau de la mer et de nombreux autres facteurs. De nombreuses unités de pression étaient à l'origine basées sur une pression atmosphérique moyenne au niveau de la mer, mais sont devenues standardisées.
La température est une propriété de la matière liée à la quantité d'énergie des particules composantes.
Plusieurs échelles de température ont été développées pour mesurer cette quantité d'énergie, mais l'échelle standard SI est la Échelle de température Kelvin. Deux autres échelles de température courantes sont les échelles Fahrenheit (° F) et Celsius (° C).
le Échelle Kelvin est une échelle de température absolue et utilisée dans presque tous les calculs de gaz. Il est important lorsque vous travaillez avec des problèmes de gaz pour convertir les relevés de température à Kelvin.
Formules de conversion entre échelles de température:
K = ° C + 273,15
° C = 5/9 (° F - 32)
° F = 9/5 ° C + 32
STP signifie température standard et la pression. Il s'agit des conditions à 1 atmosphère de pression à 273 K (0 ° C). STP est couramment utilisé dans les calculs concernant la densité des gaz ou dans d'autres cas impliquant conditions d'état standard.
Chez STP, une mole de gaz idéal occupera un volume de 22,4 L.
Loi de Dalton indique que la pression totale d'un mélange de gaz est égale à la somme de toutes les pressions individuelles des gaz composants seuls.
Ptotal = PGaz 1 + PGaz 2 + PGaz 3 + ...
La pression individuelle du gaz composant est connue comme la pression partielle du gaz. La pression partielle est calculée par la formule
Pje = XjePtotal
où
Pje = pression partielle du gaz individuel
Ptotal = pression totale
Xje = fraction molaire du gaz individuel
La fraction molaire, Xje, est calculé en divisant le nombre de moles du gaz individuel par le nombre total de moles du gaz mélangé.
Loi d'Avogadro indique que le volume d'un gaz est directement proportionnel à le nombre de taupes de gaz lorsque la pression et la température restent constantes. Fondamentalement: le gaz a du volume. Ajoutez plus de gaz, le gaz prend plus de volume si la pression et la température ne changent pas.
V = kn
où
V = volume k = constante n = nombre de moles
La loi d'Avogadro peut également être exprimée comme
Vje/ nje = VF/ nF
où
Vje et VF sont les volumes initial et final
nje et nF sont le nombre initial et final de taupes
Loi de Boyle sur le gaz indique que le volume d'un gaz est inversement proportionnel à la pression lorsque la température est maintenue constante.
P = k / V
où
P = pression
k = constant
V = volume
La loi de Boyle peut également être exprimée comme
PjeVje = PFVF
où Pje et PF sont les pressions initiales et finales Vje et VF sont les pressions initiales et finales
À mesure que le volume augmente, la pression diminue ou que le volume diminue, la pression augmente.
Loi sur le gaz de Charles indique que le volume d'un gaz est proportionnel à sa température absolue lorsque la pression est maintenue constante.
V = kT
où
V = volume
k = constant
T = température absolue
La loi de Charles peut également être exprimée comme
Vje/ Tje = VF/ Tje
où Vje et VF sont les volumes initial et final
Tje et TF sont les températures absolues initiales et finales
Si la pression est maintenue constante et que la température augmente, le volume du gaz augmentera. À mesure que le gaz refroidit, le volume diminue.
Gars-Lussac loi sur le gaz indique que la pression d'un gaz est proportionnelle à sa température absolue lorsque le volume est maintenu constant.
P = kT
où
P = pression
k = constant
T = température absolue
La loi de Guy-Lussac peut aussi s'exprimer comme
Pje/ Tje = PF/ Tje
où Pje et PF sont les pressions initiales et finales
Tje et TF sont les températures absolues initiales et finales
Si la température augmente, la pression du gaz augmentera si le volume est maintenu constant. À mesure que le gaz refroidit, la pression diminue.
La loi du gaz idéal, également connue comme la loi combinée du gaz, est une combinaison de tous les variables dans les lois de gaz précédentes. le loi du gaz idéal est exprimé par la formule
PV = nRT
où
P = pression
V = volume
n = nombre de moles de gaz
R = constante de gaz idéale
T = température absolue
La valeur de R dépend des unités de pression, de volume et de température.
R = 0,0821 litre · atm / mol · K (P = atm, V = L et T = K)
R = 8,3145 J / mol · K (pression x volume est énergie, T = K)
R = 8,2057 m3· Atm / mol · K (P = atm, V = mètres cubes et T = K)
R = 62,3637 L · Torr / mol · K ou L · mmHg / mol · K (P = torr ou mmHg, V = L et T = K)
La loi du gaz idéal fonctionne bien pour les gaz dans des conditions normales. Les conditions défavorables incluent des pressions élevées et des températures très basses.
La loi des gaz parfaits est une bonne approximation du comportement des gaz réels. Les valeurs prédites par la loi des gaz parfaits sont généralement inférieures à 5% des valeurs mesurées dans le monde réel. La loi du gaz idéal échoue lorsque la pression du gaz est très élevée ou la température est très basse. L'équation de van der Waals contient deux modifications de la loi des gaz parfaits et est utilisée pour prédire plus précisément le comportement des gaz réels.
L'équation de van der Waals est
(P + an2/ V2) (V - nb) = nRT
où
P = pression
V = volume
a = constante de correction de pression propre au gaz
b = constante de correction de volume propre au gaz
n = le nombre de moles de gaz
T = température absolue
L'équation de van der Waals comprend une correction de pression et de volume pour prendre en compte les interactions entre les molécules. Contrairement aux gaz idéaux, les particules individuelles d'un gaz réel ont des interactions entre elles et ont un volume défini. Étant donné que chaque gaz est différent, chaque gaz a ses propres corrections ou valeurs pour a et b dans l'équation de van der Waals.