Как найти объем газа при нормальных условиях
- Уравнение состояния газа
- Законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака и Шарля
- Универсальный газовый закон
- Универсальная газовая постоянная и молярная масса
- Молярная масса и нормальные условия газов
- Количество вещества и объем газа
Уравнение состояния газа
Любой идеальный газ можно охарактеризовать несколькими параметрами: температурой, объемом и давлением. Соотношение, которое связывает эти величины, называется уравнением состояния газа.
Законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака и Шарля
Закон Бойля-Мариотта устанавливает, что при постоянной температуре произведение давления и объема газа остается постоянным: P1V1 = P2V2. Это можно записать как PV = const.
Закон Гей-Люссака говорит о том, что при постоянном давлении отношение объема к температуре также остается постоянным: V/T = const.
Если зафиксировать объем, то закон Шарля указывает на постоянство отношения между давлением и температурой: P/T = const.
Универсальный газовый закон
Объединение этих трех законов приводит к универсальному газовому закону, установленному французским физиком Б. Клапейроном в 1834 году. Уравнение состояния газа может быть записано как PV/T = const.
Универсальная газовая постоянная и молярная масса
Значение универсальной газовой постоянной, обозначаемой как R, определяется количеством вещества газа. Д.И. Менделеев в 1874 году вывел уравнение для одного моля газа, где R = 8,314 Дж/(моль∙К). Значение постоянной при произвольном количестве газа ν можно выразить как PV = νRT. Количество вещества может быть найдено из отношения массы к молярной массе: ν = m/M.
Молярная масса и нормальные условия газов
Молярная масса газа численно равна относительной молекулярной массе. Она может быть найдена из таблицы Менделеева и указывается в ячейке элемента. Молекулярная масса соединения равна сумме молекулярных масс элементов, входящих в него.
Для газов принято считать нормальными условиями давление P0 = 1 атм = 101,325 кПа и температура T0 = 273,15 К = 0°C. Молярный объем одного моля газа при нормальных условиях может быть вычислен по формуле Vm = RT/P0 = 8,314∙273,15/101,325 = 22,413 л/моль.
Количество вещества и объем газа
При нормальных условиях количество вещества газа можно выразить как отношение объема газа к молярному объему: ν = V/Vm. При произвольных условиях необходимо использовать уравнение Менделеева-Клапейрона: ν = PV/RT.
Таким образом, для нахождения объема газа при нормальных условиях необходимо умножить количество вещества (число молей) этого газа на молярный объем, который равен 22,4 л/моль. Обратно, количество вещества можно найти из заданного объема.
