Modèle de gaz idéal et modèles comportementaux réelsGaz

Loi Boyles. La loi de Boyle explique la relation inverse entre la pression et le volume d'un gaz maintenu à une température constante. Il a été découvert par Richard Towneley et Henry Power mais a été confirmé et publié par Robert Boyle. Cela signifie simplement que lorsque la pression du gaz contenu dans un récipient augmente, le volume diminue. Dérivation de l'équation du gaz idéal. La loi de Boyles est représentée par la pression et le volume à température constante et à quantité constante de gaz. Ainsi P=1/V.

L'équation du gaz idéal est PV=nRT. On peut la représenter comme la loi de Boyle en spécifiant une température constante et une quantité constante de gaz. Dans ce cas, nRT devient constante et nous pouvons la représenter comme k. Ainsi, un changement dans le volume de gaz entraînera un changement dans la pression. On peut dire que le produit de la pression initiale et du volume de gaz est égal au produit de la pression finale et du volume de gaz. Pouvez-vous imaginer quelques utilisations de cette équation ? Cette équation est utilisée pour prédire la diminution du volume ou l'augmentation de la pression du gaz. La quantité de gaz et la température restent constantes.

Exemple 1. Lorsqu'un récipient rempli de gaz est pressé par un piston, son volume diminue. À mesure que la pression augmente, le volume diminue en conséquence de la loi de Boyle. Il existe un fait : les poissons qui vivent dans les profondeurs marines risquent la mort s’ils atteignent la surface de l’eau. Cela se produit à cause de l’expansion des gaz dissous dans leur sang, provoquant la mort. Voyons un exemple systématique. Ici, un gaz exerce une pression de 4 kPa sur les parois du récipient. Lorsque ce récipient est vidé dans un récipient plus grand de 15 L, la pression exercée par le gaz augmente jusqu'à 8 kPa. Trouvons le volume du premier récipient. Nous prenons une quantité constante de gaz et une température constante. Donc le volume du conteneur est de 30L.

Loi Charles. C'est la loi des gaz qui stipule que le volume de tout gaz idéal est lié positivement à la température. Le volume est directement proportionnel à la température absolue du gaz à pression constante. Il a été publié par Jacques Charles. Parce que cette loi explique en détail comment le volume augmente avec l’augmentation de la température, elle est appelée loi des volumes. Ainsi, une augmentation de la température entraîne une augmentation du volume ou vice versa. C'est pourquoi la loi de Charles est un cas particulier de la loi des gaz parfaits.

Dérivation de l'équation du gaz idéal. L'équation du gaz idéal est PV=nRTmais dans le cas d'une pression constante nR/p=koù k est constante. Alors v=kt. V et T varient directement. de cette façon, k dépend de la pression, de la quantité et de l'unité de gaz. Au début, V1est le volume initial et T1est la température initiale. Après une certaine augmentation de la température, il se transforme en T2et l'augmentation du volume est V2. Pensez-vous que la loi de Charles peut être appliquée en hiver et en été ?.

Exemple 1. En hiver, la température diminue et, par conséquent, le volume diminue également. Cela entraîne une diminution de la capacité des poumons humains. Cela rend difficile pour les athlètes de réaliser de bonnes performances. Cela fait rétrécir les ballons. Il est déconseillé de remplir les réservoirs de diesel des véhicules par temps chaud. Il est conseillé de garder le réservoir un peu vide. C’est parce que par temps chaud, la température augmente, ce qui augmente le volume de gaz dans les moteurs. C'est très risqué pour la vie. C'est un bon exemple de la loi de Charles.

Voyons un exemple systématique comme un gaz de 250 cm³ de volume à la température de 10°Cet 1 atm de pression. Si la température augmente à 150°Cquel sera le volume du gaz ? Tout d’abord, il est clair que la pression est constanteDonc en appliquant la loi de Charles. L'augmentation du volume V2est de 373,6 cm³.

Loi d'Avogadro La loi d'Avogadro est l'énoncé qui dit que dans les mêmes conditions de température et de pression, le même volume de gaz différents contient un nombre égal de molécules. Elle est divisée par la théorie cinétique des gaz avec l'hypothèse du gaz idéal. Cette loi est applicable aux gaz réels à basse pression et à haute température. Il est représenté par NAConstante d'Avogadro 6.02214076x10²³. Cette loi a été proposée par Amedeo Avogadro.

La loi d'Avogadro est dérivée de la loi des gaz parfaits PV=nRTest une équation de gaz idéal. Ici, R est la constante des gaz, T est la température en k et P est la pression en pascals. Donc RT/P = k. k est constante. Donc V=nk. Le volume est directement proportionnel aux moles. V=nqui est une représentation mathématique de la loi d'Avogadro. Par exemple, le poids de la molécule d'oxygène est de 32 g/mol, ce qui lui donne une masse de 32 grammes, contenant 6.02214076x10²³nombre de particules.

La loi d'Avogadro indique également que la constante des gaz parfaits est la même valeur pour tous les gaz. Ainsi, l'équation pour la valeur initiale et finale est décrite ici. Connaissez-vous un exemple de la loi d’Avogadro ? Voyons un exemple systématique où un volume de gaz de 5 L contient 1,5 mole de molécules. Si la quantité est augmentée à 2,7 mol, quel sera le nouveau volume du gaz ? Nous supposons que la pression et la température absolue sont constantes.

Volume molaire. Il s'agit du volume d'une mole de gaz à température et pression standard. Il est représenté par Vm avec m³/mol. Il peut également être représenté par les unités cm⁴/mol et dm⁴/mol. On peut le calculer en divisant la masse molaire Mpar densitéCe volume molaire de 1 mole de gaz à STPa une valeur fixe de 22,41 litres. Sa formule est telle que décrite. Le volume molaire est directement proportionnel à la masse molaire et inversement proportionnel à la densité massique.

Discutons d’un exemple. Il y a du gaz oxygène avec une densité de 1,57 g/L. Quel serait son volume molaire à température et pression standard ? Rappelons-nous que Vm=molar mass/density. Ce serait 10,19 L. Détermination expérimentale. Trouvons le volume molaire de l'hydrogène à température et pression standard à l'aide d'une expérience. Dans cette expérience, nous allons produire de l'hydrogène par la réaction de la magnésie métallique avec de l'acide chlorhydrique.

Les acides réagissent avec les métaux pour former un sel métallique et de l’hydrogène gazeux. La magnésie est un métal très réactif. Il réagira avec l’acide chlorhydrique pour former du chlorure de magnésium et de l’hydrogène gazeux. Nous avons une petite bande de métal de magnésie Mg qui pèse 0,03 pour 2 grammes. J'ai pris le ruban du musée et je l'ai enveloppé avec du fil de cuivreComme le cuivre ne réagit pas avec l’acide chlorhydrique, il ne produit pas d’hydrogène gazeux. Le rôle du fil de cuivre est de maintenir le ruban de magnésium en place pendant la réaction. Nous utilisons un tube de collecte de gaz qui est généré en millilitres et en dixièmes de millilitre.

Ajoutez ensuite soigneusement environ 10 millilitres d’acide chlorhydrique 6 molaires dans le tube. La quantité d’acide chlorhydrique n’est pas critique. Remplissez ensuite soigneusement le tube avec de l’eau en le gardant incliné afin que l’eau moins dense flotte au-dessus de l’acide chlorhydrique. Placez ensuite un ruban moyen dans la solution et maintenez-le en place avec un fil de cuivre. Ensuite, placez un doigt sur l’embouchure du tube de collecte de gaz. Ensuite, retournez le tube dans un grand bécher rempli d’eau. L’acide chlorhydrique se déplacera vers le bas dans l’eau en raison de sa densité plus élevée.

Lorsque l’acide chlorhydrique atteint le magnésium métallique, il produit de l’hydrogène gazeux. Ce gaz hydrogène sera collecté par déplacement d'eau. Lorsque le magnésium réagit complètement, il laisse l'hydrogène gazeux reposer pendant quelques minutes afin qu'il atteigne la même température que l'air ambiant. Déplacez ensuite le tube dans un grand réservoir d’eau. Soulevez ou abaissez le tube pour que le niveau d’eau à l’intérieur du tube et le niveau d’eau à l’extérieur du tube soient les mêmes. La pression extérieure est égale à la pression biométrique ou pression atmosphérique, nous prendrons note du volume de gaz hydrogène provenant du tube de collecte de gaz. Ce volume sera corrigé pour la pression de vapeur d'eau en mesurant la température de l'eau dans le réservoir.