ก่อนที่จะมองหาความหมายของคำว่า "กฎแก๊ส" จำเป็นต้องค้นหาว่าแก๊สคืออะไร ก๊าซคือสารที่อนุภาคเคลื่อนที่แบบสุ่มในอวกาศ สารเหล่านี้มีลักษณะเฉพาะโดยปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุล ระหว่างอะตอมมิก และอินเตอร์ไอออนที่อ่อนแอมาก สถานะก๊าซเรียกอีกอย่างว่าก๊าซนั่นคือหนึ่งในสี่นอกเหนือจากของเหลวของแข็งและพลาสมาซึ่งเป็นสถานะรวมของสสาร ก๊าซมีกฎหมายของตัวเอง กฎของแก๊สคืออะไร
คำจำกัดความ
จากมุมมองทางกายภาพ กฎของแก๊สคือกฎหมายที่อธิบายกระบวนการไอโซโพรเซสที่เกิดขึ้นในแก๊สอุดมคติ ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจคือในวิชาเคมี ยังมีรูปแบบบางอย่างสำหรับการอธิบายสารดังกล่าวที่สอดคล้องกับกฎของฟิสิกส์ อย่างไรก็ตาม กฎหมายเหล่านี้มีผลบังคับใช้กับก๊าซจริง ตอนนี้ควรทำความเข้าใจว่าก๊าซในอุดมคติและกระบวนการไอโซโพรเซสคืออะไร เริ่มกันเลย
แก๊สในอุดมคติ
ก๊าซในอุดมคติคือแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของก๊าซจริง ซึ่งถือว่าไม่มีปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคของก๊าซ จากสมมติฐานนี้มันตามมาด้วยว่าอนุภาคสัมผัสกับภาชนะที่มีสารอยู่เท่านั้นและมวลของอนุภาคของสารนี้มีขนาดเล็กมากจนไม่สามารถแยกออกจากการพิจารณาได้อย่างสมบูรณ์
ไอโซโปรเซส
เพื่อตอบคำถามว่าไอโซโพรเซสคืออะไร คุณต้องเปลี่ยนไปใช้เทอร์โมไดนามิกส์ (หนึ่งในสาขาวิชาฟิสิกส์) เพื่ออธิบายสถานะของก๊าซ (ก๊าซในอุดมคติ) พารามิเตอร์หลักคือ ความดัน อุณหภูมิ และปริมาตร
ดังนั้น ไอโซโพรเซสคือกระบวนการที่เกิดขึ้นในก๊าซ โดยมีเงื่อนไขว่าหนึ่งในสามพารามิเตอร์นี้จะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป ในกระบวนการ isothermal อุณหภูมิจะไม่เปลี่ยนแปลง ในกระบวนการ isobaric ความดันจะไม่เปลี่ยนแปลง และในกระบวนการ isochoric ปริมาตรจะไม่เปลี่ยนแปลง
สมการ Mendeleev-Clapeyron
ก่อนจะพูดถึงกฎของแก๊ส จำเป็นต้องรู้ว่าสมการ Mendeleev-Clapeyron คืออะไร และสมการนี้เกี่ยวข้องกับก๊าซและกฎของพวกมันอย่างไร เพื่ออธิบายการพึ่งพาอาศัยกันของตัวบ่งชี้เดียวกันทั้งหมด - ความดัน, ปริมาตร, อุณหภูมิ, ค่าคงที่ของก๊าซสากลและปริมาตร (โมลาร์) จะถูกเพิ่มเข้าไปด้วย
สมการมีรูปแบบดังนี้ pV=RT.
R - ค่าคงที่แก๊สสากล คุณสามารถคำนวณได้เอง หรือคุณสามารถใช้ค่าที่ทราบแล้ว - 8, 3144598(48)J⁄(mol ∙K).
ดังนั้นปริมาตรโมลาร์จึงเป็นอัตราส่วนของปริมาตรต่อปริมาณของสาร (เป็นโมล) และปริมาณของสารจะเป็นอัตราส่วนของมวลต่อมวลโมลาร์
สมการสามารถเขียนได้ดังนี้วิธี: pV=(m / M)RT.
กฎของก๊าซที่มีอยู่ในฟิสิกส์
ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ กระบวนการไอโซโพรเซสถือเป็นฟิสิกส์ มีสูตรสำหรับการพึ่งพาปริมาณพื้นฐานสามอย่าง (ปริมาตร ความดัน อุณหภูมิ) ต่อกัน กฎของแก๊สในฟิสิกส์:
- กฎของบอยล์-มาริออตต์ที่ใช้ในกรณีของกระบวนการไอโซเทอร์มอล: ผลคูณของแรงดันและปริมาตรของก๊าซยังคงไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป จากสมการ Mendeleev-Clapeyron - pV=(m / M)RT=const กฎหมายฉบับนี้ระบุว่าผลลัพธ์ของการคูณความดันและปริมาตรจะคงที่ โดยที่อุณหภูมิของก๊าซและมวลของก๊าซจะยังคงไม่เปลี่ยนแปลง
- กฎของเกย์-ลุสแซกซึ่งใช้กับกระบวนการไอโซบาริก ในกรณีนี้ อัตราส่วนของปริมาตรและอุณหภูมิยังคงไม่เปลี่ยนแปลง: V / T=const กฎของเกย์-ลุสซักสามารถกำหนดได้ดังนี้: หากความดันและมวลของก๊าซยังคงไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป ผลหารของปริมาตรหารด้วยอุณหภูมิจะเป็นค่าคงที่
- กฎของชาร์ลส์ - สำหรับกระบวนการไอโซคอริก อัตราส่วนของความดันและอุณหภูมิไม่เปลี่ยนแปลง: p / T=const. ในกรณีนี้ อัตราส่วนของแรงดันแก๊สและอุณหภูมิจะคงที่ในขณะที่ความดันและมวลยังคงไม่เปลี่ยนแปลง
กฎของแก๊ส: เคมี
ตามกฎหมายเหล่านี้:
- กฎของอโวกาโดร. มีสูตรดังนี้: ปริมาตรเท่ากันของก๊าซต่าง ๆ มีจำนวนโมเลกุลเท่ากัน สิ่งอื่น ๆ เท่ากัน (ความดันและอุณหภูมิ) จากกฎหมายนี้ดังต่อไปนี้ -ภายใต้สภาวะปกติ (สภาวะปกติคือความดัน 101.235 kPa และอุณหภูมิ 273 K) ปริมาตรของก๊าซทั้งหมดที่ถูกครอบครองโดย 1 โมลคือ 22.4 ลิตร
- กฎของดาลตัน: ปริมาตรของก๊าซที่ทำปฏิกิริยาระหว่างกันและผลิตภัณฑ์ที่ได้จากปฏิกิริยา เมื่อหารตัวแรกด้วยตัวที่สอง จะส่งผลให้จำนวนเต็มน้อยแต่ตรงกันทุกประการ ซึ่งเรียกว่าสัมประสิทธิ์
- กฎของแรงดันบางส่วน: เพื่อกำหนดความดันของส่วนผสมของก๊าซ จำเป็นต้องเพิ่มแรงดันที่เกิดจากก๊าซของของผสม
กฎหมายต่างๆ ที่ใช้กับแก๊ส
บางทีหลายคนอาจคิดว่าก๊าซเป็นสถานะรวมที่ง่ายที่สุด: อนุภาคทั้งสองเคลื่อนที่แบบสุ่ม และระยะห่างระหว่างพวกมันสูงสุด (โดยเฉพาะเมื่อเปรียบเทียบกับของแข็ง) และมวลของอนุภาคเดียวกันเหล่านี้มีขนาดเล็ก อย่างไรก็ตาม กฎหมายที่ใช้อธิบายสถานะของสารดังกล่าวมีความหลากหลายมาก จากสิ่งที่กล่าวไว้ข้างต้นว่าไม่เพียงแต่ฟิสิกส์เท่านั้นที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาคำถามเกี่ยวกับกฎของแก๊ส ยิ่งกว่านั้นทั้งในฟิสิกส์และเคมีไม่มีหนึ่งหรือสองอย่าง จากสิ่งนี้สามารถสรุปได้ว่าสิ่งที่ดูเหมือนง่ายนั้นไม่ได้เป็นจริงเสมอไป
