Studiegids voor gassen

Studiegids Scheikunde voor Gassen

Een gas is een toestand van materie zonder gedefinieerde vorm of volume. gassen hebben hun eigen unieke gedrag, afhankelijk van een verscheidenheid aan variabelen, zoals temperatuur, druk en volume. Hoewel elk gas anders is, werken alle gassen op dezelfde manier. Deze studiegids belicht de concepten en wetten die te maken hebben met de chemie van gassen.

Eigenschappen van een Gas

Gas ballon. Paul Taylor, Getty Images

Een gas is een stand van zaken . De deeltjes waaruit een gas bestaat, kunnen variëren van individuele atomen tot complexe moleculen . Enkele andere algemene informatie over gassen:

• Gassen nemen de vorm en het volume van hun container aan.
• Gassen hebben een lagere dichtheden dan hun vaste of vloeibare fasen.
• Gassen worden gemakkelijker samengeperst dan hun vaste of vloeibare fasen.
• Gassen zullen volledig en gelijkmatig mengen wanneer ze tot hetzelfde volume worden beperkt.
• Alle elementen in Groep VIII zijn gassen. Deze gassen staan ​​bekend als de edelgassen .
• Elementen die gassen zijn bij kamertemperatuur en normale druk zijn allemaal niet-metalen .

Druk

Druk is a mate van de hoeveelheid kracht per oppervlakte-eenheid. De druk van een gas is de hoeveelheid kracht die het gas uitoefent op een oppervlak binnen zijn volume. Gassen met hoge druk oefenen meer kracht uit dan gas met lage druk.
De JA eenheid van druk is de pascal (Symbool Pa). De pascal is gelijk aan de kracht van 1 newton per vierkante meter. Deze eenheid is niet erg handig bij het omgaan met gassen in reële omstandigheden, maar het is een standaard die kan worden gemeten en gereproduceerd. Veel andere drukeenheden hebben zich in de loop van de tijd ontwikkeld, meestal met het gas waarmee we het meest vertrouwd zijn: lucht. Het probleem met lucht, de druk is niet constant. Luchtdruk is afhankelijk van de hoogte boven zeeniveau en vele andere factoren. Veel eenheden voor druk waren oorspronkelijk gebaseerd op een gemiddelde luchtdruk op zeeniveau, maar zijn gestandaardiseerd.

Temperatuur

Temperatuur is een eigenschap van materie die verband houdt met de hoeveelheid energie van de samenstellende deeltjes.
Er zijn verschillende temperatuurschalen ontwikkeld om deze hoeveelheid energie te meten, maar de SI-standaardschaal is de Kelvin temperatuurschaal . Twee andere veel voorkomende temperatuurschalen zijn de Fahrenheit (°F) en Celsius (°C) schalen.
De Kelvin schaal is een absolute temperatuurschaal en wordt in bijna alle gasberekeningen gebruikt. Het is belangrijk bij het werken met gasproblemen om te converteren de temperatuurmetingen naar Kelvin.
Omrekeningsformules tussen temperatuurschalen:
K = °C + 273,15
°C = 5/9(°F - 32)
°F = 9/5 °C + 32

STP - Standaard temperatuur en druk

STP betekent: standaard temperatuur en druk. Het verwijst naar de omstandigheden bij 1 atmosfeer druk bij 273 K (0 ° C). STP wordt vaak gebruikt bij berekeningen die te maken hebben met de dichtheid van gassen of in andere gevallen waarbij: standaard staat voorwaarden .
Bij STP zal een mol van een ideaal gas een volume van 22,4 L innemen.

Daltons wet van partiële druk

Wet van Dalton stelt dat de totale druk van een mengsel van gassen gelijk is aan de som van alle individuele drukken van de samenstellende gassen alleen.
P_totaal= P_{Gas 1}+ P_{Gas 2}+ P_{Gas 3}+ ...
De individuele druk van het componentgas is bekend als de partiële druk van het gas. Partiële druk wordt berekend door de formule:
P_i= X_iP_totaal
waar
P_i= partiële druk van het individuele gas
P_totaal= totale druk
X_i= molfractie van het individuele gas
De molfractie, X_i, wordt berekend door het aantal molen van het individuele gas te delen door het totale aantal molen van het gemengde gas.

Avogadro's gaswet

Wet van Avogadro stelt dat het volume van een gas recht evenredig is met het aantal moedervlekken van gas wanneer druk en temperatuur constant blijven. Kortom: Gas heeft volume. Voeg meer gas toe, gas neemt meer volume in als druk en temperatuur niet veranderen.
V = kn
waar
V = volume k = constante n = aantal mol
De wet van Avogadro kan ook worden uitgedrukt als:
IN_i/n_i= V_f/n_f
waar
IN_ien V_fzijn begin- en eindvolumes
n_ien N_fzijn begin- en eindaantal mol

Boyle's gaswet

Boyle's gaswet stelt dat het volume van een gas omgekeerd evenredig is met de druk wanneer de temperatuur constant wordt gehouden.
P = k/V
waar
P = druk
k = constante
V = volume
De wet van Boyle kan ook worden uitgedrukt als:
P_iIN_i= P_fIN_f
waar P_ien P_fzijn de begin- en einddruk V_ien V_fzijn de begin- en einddruk
Naarmate het volume toeneemt, neemt de druk af of als het volume afneemt, neemt de druk toe.

Gaswet van Charles

De gaswet van Charles stelt dat het volume van een gas evenredig is met zijn absolute temperatuur wanneer de druk constant wordt gehouden.
V = kT
waar
V = volume
k = constante
T = absolute temperatuur
De wet van Charles kan ook worden uitgedrukt als:
IN_i/T_i= V_f/T_i
waar V_ien V_fzijn de eerste en laatste volumes
T_ien T_fzijn de begin- en eindtemperaturen?
Als de druk constant wordt gehouden en de temperatuur stijgt, zal het volume van het gas toenemen. Naarmate het gas afkoelt, neemt het volume af.

Gaswet van Guy-Lussac

Jongen -gaswet van Lussac stelt dat de druk van een gas evenredig is met de absolute temperatuur wanneer het volume constant wordt gehouden.
P = kT
waar
P = druk
k = constante
T = absolute temperatuur
De wet van Guy-Lussac kan ook worden uitgedrukt als:
P_i/T_i= P_f/T_i
waar P_ien P_fzijn de begin- en einddruk
T_ien T_fzijn de begin- en eindtemperaturen?
Als de temperatuur stijgt, zal de druk van het gas toenemen als het volume constant wordt gehouden. Naarmate het gas afkoelt, neemt de druk af.

Ideale gaswet of gecombineerde gaswet

De ideale gaswet, ook wel bekend als de gecombineerde gaswet , is een combinatie van alle variabelen in de vorige gaswetten . De ideale gaswet wordt uitgedrukt door de formule
PV = nRT
waar
P = druk
V = volume
n = aantal mol gas
R = ideale gasconstante
T = absolute temperatuur
De waarde van R hangt af van de eenheden druk, volume en temperatuur.
R = 0,0821 liter·atm/mol·K (P = atm, V = L en T = K)
R = 8,3145 J/mol·K (Druk x Volume is energie, T = K)
R = 8.2057 m³·atm/mol·K (P = atm, V = kubieke meter en T = K)
R = 62,3637 L·Torr/mol·K of L·mmHg/mol·K (P = torr of mmHg, V = L en T = K)
De ideale gaswet werkt goed voor gassen onder normale omstandigheden. Ongunstige omstandigheden zijn onder meer hoge drukken en zeer lage temperaturen.

Kinetische theorie van gassen

Kinetic Theory of Gases is een model om de eigenschappen van een ideaal gas te verklaren. Het model maakt vier basisveronderstellingen:

1. Het volume van de afzonderlijke deeltjes waaruit het gas bestaat, wordt als verwaarloosbaar beschouwd in vergelijking met het volume van het gas.
2. De deeltjes zijn constant in beweging. Botsingen tussen deeltjes en de randen van de container veroorzaken de druk van het gas.
3. De afzonderlijke gasdeeltjes oefenen geen krachten op elkaar uit.
4. De gemiddelde kinetische energie van het gas is recht evenredig met de absolute temperatuur van het gas. De gassen in een mengsel van gassen bij een bepaalde temperatuur zullen dezelfde gemiddelde kinetische energie hebben.

De gemiddelde kinetische energie van een gas wordt uitgedrukt door de formule:
KE_ave= 3RT/2
waar
KE_ave= gemiddelde kinetische energie R = ideale gasconstante
T = absolute temperatuur
De gemiddelde snelheid of wortelgemiddelde kwadratische snelheid van individuele gasdeeltjes kan worden gevonden met behulp van de formule
in_rms= [3RT/M]^1/2
waar
in_rms= gemiddelde of wortelgemiddelde vierkante snelheid
R = ideale gasconstante
T = absolute temperatuur
M = molaire massa

Dichtheid van een gas

De dichtheid van een ideaal gas kan worden berekend met behulp van de formule
ρ = PM/RT
waar
ρ = dichtheid
P = druk
M = molaire massa
R = ideale gasconstante
T = absolute temperatuur

Graham's wet van diffusie en effusie

De wet van Graham atates de snelheid van diffusie of effusie voor een gas is omgekeerd evenredig met de vierkantswortel van de molaire massa van het gas.
r(M)^1/2= constante
waar
r = snelheid van diffusie of effusie
M = molaire massa
De snelheden van twee gassen kunnen met elkaar worden vergeleken met behulp van de formule
r₁/r_twee= (M_twee)^1/2/(M₁)^1/2

Koninklijke gassen

De ideale gaswet is een goede benadering voor het gedrag van echte gassen. De waarden die worden voorspeld door de ideale gaswet liggen doorgaans binnen 5% van de gemeten waarden in de echte wereld. De ideale gaswet faalt wanneer de druk van het gas erg hoog is of de temperatuur erg laag. De van der Waals-vergelijking bevat twee aanpassingen aan de ideale gaswet en wordt gebruikt om het gedrag van echte gassen nauwkeuriger te voorspellen.
The van der Waals equation is
(P + an^twee/IN^twee)(V - nb) = nRT
waar
P = druk
V = volume
a = constante drukcorrectie die uniek is voor het gas
b = volumecorrectieconstante uniek voor het gas
n = het aantal mol gas
T = absolute temperatuur
De Van der Waals-vergelijking omvat een druk- en volumecorrectie om rekening te houden met de interacties tussen moleculen. In tegenstelling tot ideale gassen, hebben de afzonderlijke deeltjes van een echt gas interactie met elkaar en hebben ze een bepaald volume. Omdat elk gas anders is, heeft elk gas zijn eigen correcties of waarden voor a en b in de van der Waals-vergelijking.

Oefen werkblad en toets

Test wat je hebt geleerd. Probeer deze afdrukbare werkbladen voor gaswetten:
Werkblad Gaswetten
Werkblad Gaswetten met antwoorden
Werkblad Gaswetten met antwoorden en getoond werk
Er is ook een praktijktest gasrecht met antwoorden verkrijgbaar.