आदर्श गैस मॉडल और वास्तविक गैसों के व्यवहार पैटर्नगैसें

बॉयल के नियम। बॉयल का नियम स्थिर तापमान पर रखी गई गैस के दबाव और आयतन के बीच व्युत्क्रम संबंध को स्पष्ट करता है। इसकी खोज रिचर्ड टाउनले और हेनरी पावर ने की थी लेकिन इसकी पुष्टि और प्रकाशन रॉबर्ट बॉयल ने किया था। इसका सीधा सा अर्थ यह है कि जब किसी बर्तन में भरी गैस का दबाव बढ़ता है तो उसका आयतन घट जाता है। आदर्श गैस समीकरण से व्युत्पन्न। बॉयल्स का नियम स्थिर तापमान पर दबाव और आयतन तथा गैस की स्थिर मात्रा द्वारा दर्शाया जाता है। इस तरह P=1/V।

आदर्श गैस समीकरण है PV=nRT। इसे स्थिर तापमान और गैस की स्थिर मात्रा निर्दिष्ट करके बॉयल के नियम के रूप में दर्शाया जा सकता है। इस स्थिति में nRT स्थिर हो जाता है और हम इसे k के रूप में दर्शा सकते हैं। अतः गैस के आयतन में परिवर्तन के परिणामस्वरूप दाब में भी परिवर्तन होगा। हम कह सकते हैं कि गैस के प्रारंभिक दबाव और आयतन का गुणनफल, गैस के अंतिम दबाव और आयतन के गुणनफल के बराबर होता है। क्या आप इस समीकरण के कुछ उपयोगों की कल्पना कर सकते हैं?। इस समीकरण का उपयोग गैस के आयतन में कमी या दबाव में वृद्धि का पूर्वानुमान लगाने के लिए किया जाता है। गैस की मात्रा और तापमान स्थिर रहता है।

उदाहरण 1। जब गैस से भरे कंटेनर को पिस्टन द्वारा दबाया जाता है, तो उसका आयतन कम हो जाता है। जैसे ही हम दबाव बढ़ाते हैं, बॉयल के नियम के परिणामस्वरूप आयतन घटता है। यह एक तथ्य है कि गहरे समुद्र में रहने वाली मछलियाँ पानी की सतह पर पहुँचते ही मर जाती हैं। ऐसा उनके रक्त में घुली गैसों के फैलने के कारण होता है, जिससे मृत्यु हो जाती है। आइये एक व्यवस्थित उदाहरण देखें। यहां एक गैस कंटेनर की दीवारों पर 4kpa दबाव डालती है। जब उस कंटेनर को 15 लीटर के बड़े कंटेनर में डाल दिया जाता है, तो गैस द्वारा डाला गया दबाव बढ़कर 8kpa हो जाता है। आइये पहले कंटेनर का आयतन ज्ञात करें। हम गैस की स्थिर मात्रा और स्थिर तापमान लेते हैं। अतः कंटेनर का आयतन 30 लीटर है।

चार्ल्स कानून। गैस का नियम यह कहता है कि किसी भी आदर्श गैस का आयतन तापमान से सकारात्मक रूप से संबंधित होता है। स्थिर दाब पर गैस का आयतन उसके परम तापमान के समानुपाती होता है। इसका प्रकाशन जैक्स चार्ल्स ने किया था। क्योंकि यह नियम विस्तार से बताता है कि तापमान में वृद्धि के साथ आयतन किस प्रकार बढ़ता है, इसलिए इसे आयतन नियम कहा जाता है। अतः तापमान में वृद्धि से आयतन में वृद्धि होती है, या इसके विपरीत। यही कारण है कि चार्ल्स का नियम आदर्श गैस नियम का एक विशेष मामला है।

आदर्श गैस समीकरण से व्युत्पन्न। आदर्श गैस समीकरण है PV=nRTलेकिन लगातार दबाव के मामले में nR/p=kजहाँ k स्थिर है। तब v=kt। V और T सीधे बदल रहे हैं। इस तरह, k गैस के दबाव, मात्रा और इकाई पर निर्भर करता है। शुरू में, V1प्रारंभिक मात्रा है और T1प्रारंभिक तापमान है। तापमान में कुछ वृद्धि के बाद, यह बदल जाता है T2और मात्रा में वृद्धि है V2। क्या आपको लगता है कि चार्ल्स का नियम सर्दियों और गर्मियों में लागू किया जा सकता है?।

उदाहरण 1। सर्दियों में तापमान कम हो जाता है और परिणामस्वरूप आयतन भी कम हो जाता है। इससे मानव फेफड़ों की क्षमता कम हो जाती है। इससे एथलीटों को अच्छा प्रदर्शन करने में कठिनाई होती है। इससे गुब्बारे छोटे हो जाते हैं। कहा जाता है कि गर्मी के मौसम में वाहनों में डीजल नहीं भरना चाहिए। टैंक को थोड़ा खाली रखने की सलाह दी जाती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि गर्म मौसम में तापमान बढ़ जाता है, जिससे इंजनों में गैसों की मात्रा बढ़ जाती है। यह जीवन के लिए बहुत जोखिम भरा है। यह चार्ल्स के नियम का एक अच्छा उदाहरण है।

आइए एक व्यवस्थित उदाहरण देखें, 250cm³ आयतन की गैस, तापमान पर 10°Cऔर 1 एटीएम दबाव। यदि तापमान बढ़ जाता है 150°Cगैस का आयतन क्या होगा?। सबसे पहले तो यह स्पष्ट है कि दबाव स्थिर हैतो चार्ल्स के नियम को लागू करके। मात्रा में वृद्धि V23736सेमी³ है।

अवोगाद्रो का नियम अवोगाद्रो का नियम वह कथन है जो बताता है कि तापमान और दबाव की समान परिस्थितियों में, विभिन्न गैसों के समान आयतन में समान संख्या में अणु होते हैं। इसे आदर्श गैस की धारणा के साथ गैसों के गतिज सिद्धांत द्वारा विभाजित किया गया है। यह नियम कम दबाव और उच्च तापमान पर वास्तविक गैसों के लिए लागू होता है। इसका प्रतिनिधित्व निम्न द्वारा किया जाता है NAआवोगाद्रो स्थिरांक 6.02214076x10²³। यह नियम अमेदिओ अवोगाद्रो द्वारा प्रस्तावित किया गया था।

आवोगाद्रो नियम आदर्श गैस नियम से व्युत्पन्न है PV=nRTएक आदर्श गैस समीकरण है। यहाँ R गैस स्थिरांक है, T k में तापमान है तथा P पास्कल में दाब है। इसलिए RT/P = k। k स्थिर है। इसलिए V=nk। आयतन मोल के सीधे समानुपातिक होता है। V=nजो अवोगाद्रो नियम का गणितीय निरूपण है। उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन के अणु का वजन 32g/mol है जिसका द्रव्यमान 32 ग्राम है, जिसमें 6.02214076x10²³कणों की संख्या।

अवोगाद्रो नियम यह भी दर्शाता है कि आदर्श गैस स्थिरांक का मान सभी गैसों के लिए समान होता है। इस प्रकार प्रारंभिक और अंतिम मूल्य के लिए समीकरण यहां वर्णित है। क्या आप अवोगाद्रो के नियम का कोई उदाहरण जानते हैं?। आइये एक व्यवस्थित उदाहरण देखें, जिसमें 5 लीटर गैस में 15 मोल अणु होते हैं। यदि मात्रा बढ़ाकर 27 मोल कर दी जाए तो गैस का नया आयतन क्या होगा?। हम मानते हैं कि दबाव और परम तापमान स्थिर हैं।

मोलर आयतन। यह मानक तापमान और दबाव पर 1 मोल गैस का आयतन है। इसे Vm के साथ m³/mol द्वारा दर्शाया जाता है। इसे cm⁴/mol और dm⁴/mol इकाई के रूप में भी दर्शाया जा सकता है। इसकी गणना मोलर द्रव्यमान को विभाजित करके की जा सकती है Mघनत्व द्वारायह 1 मोल गैस का मोलर आयतन है STPइसका निश्चित मान 2241 लीटर है। इसका सूत्र वर्णित अनुसार है। मोलर आयतन मोलर द्रव्यमान के सीधे आनुपातिक और द्रव्यमान घनत्व के व्युत्क्रमानुपाती होता है।

आइये एक उदाहरण पर चर्चा करें। इसमें 157g/L घनत्व वाली ऑक्सीजन गैस है। मानक तापमान और दबाव पर इसका मोलर आयतन क्या होगा?। आइये हम खुद को याद दिलाएं कि Vm=molar mass/density। यह 1019 लाख होगा। प्रायोगिक निर्धारण। आइये एक प्रयोग द्वारा मानक तापमान और दबाव पर हाइड्रोजन का मोलर आयतन ज्ञात करें। इस प्रयोग में, हम मैग्नेशिया धातु की हाइड्रोक्लोरिक अम्ल के साथ प्रतिक्रिया द्वारा हाइड्रोजन बनाने जा रहे हैं।

अम्ल धातुओं के साथ अभिक्रिया करके धातु लवण और हाइड्रोजन गैस बनाते हैं। मैग्नेशिया धातु बहुत प्रतिक्रियाशील धातु है। यह हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ प्रतिक्रिया करके मैग्नीशियम क्लोराइड और हाइड्रोजन गैस बनाएगा। हमारे पास मैग्नेशिया धातु Mg की एक छोटी सी पट्टी है जिसका 2 ग्राम द्रव्यमान 003 है। संग्रहालय का रिबन लिया और उसे तांबे के तार से लपेट दियाचूंकि तांबा हाइड्रोक्लोरिक अम्ल के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है, इसलिए यह कोई हाइड्रोजन गैस उत्पन्न नहीं करेगा। तांबे के तार की भूमिका प्रतिक्रिया के दौरान मैग्नीशियम रिबन को अपने स्थान पर बनाए रखना है। हम एक गैस संग्रह ट्यूब का उपयोग करते हैं जो मिलीलीटर और दसवें मिलीलीटर में उत्पन्न होती है।

फिर ध्यानपूर्वक ट्यूब में 6 मोलर हाइड्रोक्लोरिक एसिड के लगभग 10 मिलीलीटर डालें। हाइड्रोक्लोरिक एसिड की मात्रा महत्वपूर्ण नहीं है। फिर ट्यूब को सावधानीपूर्वक पानी से भरें, ट्यूब को तिरछा रखें ताकि कम घनत्व वाला पानी हाइड्रोक्लोरिक एसिड के ऊपर तैर सके। फिर एक मध्यम रिबन को घोल में रखें और उसे तांबे के तार से पकड़कर रखें। फिर गैस संग्रहण ट्यूब के मुंह पर उंगली रख दी। फिर ट्यूब को पानी से भरे एक बड़े बीकर में उलट दें। हाइड्रोक्लोरिक एसिड अपने उच्च घनत्व के कारण पानी के माध्यम से नीचे की ओर जायेगा।

जब हाइड्रोक्लोरिक अम्ल मैग्नीशियम धातु तक पहुंचता है तो हाइड्रोजन गैस उत्पन्न होती है। यह हाइड्रोजन गैस जल के विस्थापन द्वारा एकत्रित की जाएगी। जब मैग्नीशियम पूरी तरह से अभिक्रिया कर लेता है तो यह हाइड्रोजन गैस को कुछ मिनट तक स्थिर रहने देता है, जिससे उसका तापमान आसपास की हवा के समान हो जाता है। फिर ट्यूब को एक बड़े पानी के टैंक में ले जाएं। ट्यूब को ऊपर या नीचे करें ताकि ट्यूब के अंदर और बाहर का जल स्तर समान हो। बाहरी दबाव बायोमेट्रिक दबाव या वायुमंडलीय दबाव के बराबर है, हम गैस संग्रह ट्यूब से हाइड्रोजन गैस की मात्रा पर ध्यान देंगे। इस आयतन को टैंक में पानी के तापमान को मापकर जल वाष्प के दबाव के लिए सही किया जाएगा।