Chemia rep13

Gęstość substancji stałych i ciekłych, praktycznie nie zależy od ciśnienia, lecz zmienia się wraz ze zmianą temperatury. Ze wzrostem temperatury wzrasta na ogół objętość V substancji, a zatem gęstość maleje.

Gęstość gazów zmienia się wraz ze zmianą temperatury i ciśnienia. Najczęściej gęstość tę określa się w tzw. warunkach normalnych, tzn. w temperaturze 273 K (0° Celsjusza), pod ciśnieniem 101325 Pa i wyraża w gramach na decymetr sześcienny (g • dm³).

Objętość molową wodoru w warunkach normalnych, tzw. normalną objętość molową obliczamy następująco:

- gęstość wodoru w warunkach normalnych wynosi 0,0899 g • dnr³, zatem:

2,016 g

0,0899 g • dm³

22,4 cm³

Normalna objętość molowa tlenu w warunkach normalnych wynosi 1,429 g -dm'³, a więc

= 22,4 dm³

32 g

V = ---

^M 1,429 g dm'³

Gdybyśmy obliczyli objętość molową innych gazów, np. N₂, Cl₂, He itp., otrzymalibyśmy dla każdego z nich, zakładając warunki normalne, objętość 22,4 dm³.

W warunkach normalnych objętość molowa gazu, zbliżonego właściwościami do gazu doskonałego, wynosi 22,4 dm³.

Gazem doskonałym nazywamy taki hipotetyczny gaz, w którym nie uwzględnia się objętości własnej cząsteczek (cząsteczki traktuje się jako punkty materialne) oraz oddziaływań pomiędzy nimi.

Z obliczeń normalnej objętości molowej helu oraz z prawa Avo-gadra wynika, że hel gazowy występuje w postaci jednoatomowej. Podobnie, w postaci jednoatomowej, występują w stanie gazowym inne pierwiastki grupy VII A, a więc również neon, argon, krypton, ksenon i radon.

Równanie stanu gazu doskonałego

Zależność objętości gazu (V) od liczby moli tego gazu (n), jego ciśnienia (P) i temperatury (T) ujmuje równanie stanu gazu doskonałego, zwane równaniem Clapeyrona:

PV = n RT

R jest tzw. uniwersalną stałą gazową, a jej wartość liczbową można obliczyć z zależności:

R =

PqVq

T₀ gdzie:

I' - ciśnienie;

O    ⁵

V_(| - objętość gazu w warunkach normalnych, tzn. gdy T_o wynosi

0°C (273 K).

8,314 J • mol'¹

P₀ V_n 101325 Pa • 0,0224 m³ • mol¹

R = ——— = -—---

T₀    273 K

Stała gazowa R określa wielkość pracy wykonanej przez mol gazu pod starym ciśnieniem podczas ogrzania go o 1 K. Odgrywa ona ważną rolę we wszystkich zjawiskach związanych z energią układów cząsteczek.

.....    ni

Podstawiając do równania stanu gazu doskonałego n = — ,

otrzymamy równanie Clapeyrona dla dowolnej masy (m) gazu, gdy znamy jego masę molową (M).

Równanie te stosuje się do obliczenia ciśnienia, objętości, gęstości znanej ilości gazu w różnych temperaturach, a także do oznaczania masy lub masy molowej substancji gazowych.

23