Gás ideal, a equação de estado do gás ideal, sua temperatura e pressão, volume… a lista de parâmetros e definições usadas na seção correspondente de física pode ser continuada por um longo tempo. Hoje falaremos apenas sobre este tema.
O que é considerado em física molecular?
O objeto principal considerado nesta seção é um gás ideal. A equação de estado do gás ideal foi obtida levando em consideração as condições ambientais normais, e falaremos sobre isso um pouco mais adiante. Agora vamos abordar esse "problema" de longe.
Digamos que temos alguma massa de gás. Seu estado pode ser determinado usando três parâmetros de natureza termodinâmica. Estes são, naturalmente, pressão, volume e temperatura. A equação do estado do sistema neste caso será a fórmula para a relação entre os parâmetros correspondentes. Fica assim: F (p, V, T)=0.
Aqui, pela primeira vez, estamos nos aproximando lentamente do surgimento de algo como idealgás. É chamado de gás no qual as interações entre as moléculas são desprezíveis. Em geral, isso não existe na natureza. No entanto, qualquer gás altamente rarefeito está próximo a ele. Nitrogênio, oxigênio e ar, que estão em condições normais, diferem pouco do ideal. Para escrever a equação de estado de um gás ideal, podemos usar a lei unificada dos gases. Obtemos: pV/T=const.
Conceito Relacionado 1: Lei de Avogadro
Ele pode nos dizer que se pegarmos o mesmo número de mols de qualquer gás aleatório e colocá-los nas mesmas condições, incluindo temperatura e pressão, então os gases ocuparão o mesmo volume. Em particular, o experimento foi realizado em condições normais. Isso significa que a temperatura era de 273,15 Kelvin, a pressão era de uma atmosfera (760 milímetros de mercúrio, ou 101325 Pascal). Com esses parâmetros, o gás ocupou um volume igual a 22,4 litros. Portanto, podemos dizer que para um mol de qualquer gás, a razão dos parâmetros numéricos será um valor constante. É por isso que foi decidido designar esta figura com a letra R e chamá-la de constante universal dos gases. Assim, é igual a 8,31. A unidade é J/molK.
Gás ideal. A equação de estado do gás ideal e sua manipulação
Vamos tentar reescrever a fórmula. Para fazer isso, escrevemos desta forma: pV=RT. Em seguida, realizamos uma ação simples, multiplicamos ambos os lados da equação por um número arbitrário de mols. Obtemos pVu=uRT. Vamos levar em conta o fato de que o produto do volume molar ea quantidade de matéria é simplesmente o volume. Mas afinal, o número de moles será simultaneamente igual ao quociente da massa e da massa molar. É exatamente assim que a equação de Mendeleev-Clapeyron se parece. Dá uma ideia clara de que tipo de sistema um gás ideal se forma. A equação de estado para um gás ideal terá a forma: pV=mRT/M.
Deduza a fórmula da pressão
Vamos fazer mais algumas manipulações com as expressões obtidas. Para fazer isso, o lado direito da equação de Mendeleev-Clapeyron é multiplicado e dividido pelo número de Avogadro. Agora olhamos cuidadosamente para o produto da quantidade de substância pelo número de Avogadro. Isso nada mais é do que o número total de moléculas no gás. Mas, ao mesmo tempo, a razão entre a constante universal do gás e o número de Avogadro será igual à constante de Boltzmann. Portanto, as fórmulas para pressão podem ser escritas da seguinte forma: p=NkT/V ou p=nkT. Aqui o símbolo n é a concentração de partículas.
Processos de gás ideal
Em física molecular existem isoprocessos. Estes são processos termodinâmicos que ocorrem no sistema em um dos parâmetros constantes. Nesse caso, a massa da substância também deve permanecer constante. Vamos olhar para eles mais especificamente. Então, as leis de um gás ideal.
A pressão permanece constante
Esta é a lei de Gay-Lussac. Fica assim: V/T=const. Pode ser reescrito de outra forma: V=Vo (1 + at). Aqui a é igual a 1/273,15 K^-1 e é chamado de "coeficiente de expansão de volume". Podemos substituir a temperatura em graus Celsius ea escala Kelvin. No último caso, obtemos a fórmula V=Voat.
Volume permanece constante
Esta é a segunda lei de Gay-Lussac, mais comumente chamada de lei de Charles. Fica assim: p/T=const. Existe outra formulação: p=po (1 + at). As transformações podem ser realizadas de acordo com o exemplo anterior. Como você pode ver, as leis dos gases ideais às vezes são bastante semelhantes entre si.
Temperatura permanece constante
Se a temperatura de um gás ideal permanece constante, então podemos obter a lei de Boyle-Mariotte. Pode ser escrito assim: pV=const.
Conceito Relacionado 2: Pressão Parcial
Digamos que temos um recipiente com gases. Será uma mistura. O sistema está em estado de equilíbrio térmico e os gases em si não reagem entre si. Aqui N denotará o número total de moléculas. N1, N2 e assim por diante, respectivamente, o número de moléculas em cada um dos componentes da mistura. Tomemos a fórmula da pressão p=nkT=NkT/V. Pode ser aberto para um caso específico. Para uma mistura de dois componentes, a fórmula terá a forma: p=(N1 + N2) kT/V. Mas então acontece que a pressão total será somada das pressões parciais de cada mistura. Então, ficará como p1 + p2 e assim por diante. Estas serão as pressões parciais.
Para que serve?
A fórmula que obtivemos indica que a pressão no sistema é de cada grupo de moléculas. Aliás, não dependeoutros. D alton aproveitou isso ao formular a lei, mais tarde batizada em sua homenagem: em uma mistura em que os gases não reagem quimicamente entre si, a pressão total será igual à soma das pressões parciais.
