OPĆI ZAKON O PLINU: FORMULE, APLIKACIJE I VJEŽBE - KEMIJA - 2024

Opći zakon plin je rezultat kombiniranja Boyle-Mariotte zakon, Charlesov zakon, i Gay-Lussac zakon; u stvari, ta se tri zakona mogu smatrati posebnim slučajevima općeg zakona o plinu. Zauzvrat, opći zakon o plinu može se smatrati partikularizacijom zakona o idealnom plinu.

Opći zakon o plinu utvrđuje odnos između volumena, tlaka i temperature plina. Na ovaj način potvrđuje da, s obzirom na plin, njegov tlak po volumenu koji zauzima podijeljen s temperaturom na kojoj se nalazi uvijek ostaje konstantan.

Plinovi su prisutni u različitim procesima u prirodi i u velikom mnoštvu primjena, kako industrijskih tako i u svakodnevnom životu. Stoga nije čudno da opći zakon o plinu ima višestruku i raznoliku primjenu.

Na primjer, ovaj zakon omogućuje objašnjenje rada različitih mehaničkih uređaja kao što su klima uređaji i hladnjaci, rad balona s vrućim zrakom, pa se čak može koristiti i za objašnjenje procesa stvaranja oblaka.

formule

Matematička formulacija zakona je sljedeća:

P ∙ V / T = K

U ovom izrazu P je tlak, T predstavlja temperaturu (u stupnjevima Kelvin), V volumen plina, a K predstavlja konstantnu vrijednost.

Prethodni izraz može se zamijeniti sljedećim:

P ₁ ∙ V ₁ / T ₁ = P ₂ ∙ V ₂ / T ₂

Ova posljednja jednadžba je vrlo korisna za proučavanje promjena koje prolaze plinovi prilikom izmjene jedne ili dvije termodinamičke varijable (tlak, temperatura i volumen).

Boyle-Mariotteov zakon, Charlesov zakon i Gay-Lussac-ov zakon

Svaki od gore spomenutih zakona odnosi se na dvije termodinamičke varijable u slučaju da treća varijabla ostaje konstantna.

Charlesov zakon kaže da su volumen i temperatura izravno proporcionalni sve dok tlak ostane nepromijenjen. Matematički izraz ovog zakona je sljedeći:

V = K ₂ ∙ T

Sa svoje strane, Boyleov zakon utvrđuje da tlak i volumen imaju obrnut odnos jedni s drugima kada temperatura ostane konstantna. Boyleov zakon matematički je sažet kako slijedi:

P ∙ V = K ₁

Napokon, Gay-Lussac zakon kaže da su temperatura i tlak izravno proporcionalni u slučajevima u kojima volumen plina ne varira. Matematički se zakon izražava na sljedeći način:

P = K ₃ ∙ T

U ovom izrazu K ₁, K ₂ i K ₃ predstavlja različite konstante.

Idealni zakon o plinu

Opći zakon o plinu može se dobiti iz zakona o idealnom plinu. Zakon idealnog plina je jednadžba stanja idealnog plina.

Idealan plin je hipotetički plin sastavljen od čestica s točkastim karakterom. Molekule ovih plinova ne djeluju jedna protiv druge gravitacijskim silama, a njihov je sudar karakterističan po tome što su potpuno elastični. Na taj je način vrijednost njegove kinetičke energije izravno proporcionalna njegovoj temperaturi.

Pravi plinovi čije ponašanje najviše sliči onim idealnih plinova, su mononomski plinovi pri niskom tlaku i visokim temperaturama.

Matematički izraz zakona idealnog plina je sljedeći:

P ∙ V = n ∙ R ∙ T

Ova jednadžba n je broj molova, a R je univerzalna konstanta idealnih plinova čija vrijednost iznosi 0,082 atm ∙ L / (mol ∙ K).

Prijave

I opći zakon o plinu i zakoni Boyle-Mariotte, Charles i Gay-Lussac mogu se naći u mnoštvu fizičkih pojava. Na isti način služe objasniti rad mnogih i različitih mehaničkih uređaja svakodnevnog života.

Na primjer, u štednjaku pod pritiskom možete promatrati Gay Lussac-ov zakon. Volumen u loncu ostaje konstantan, tako da ako se temperatura plinova koji se u njemu nakupljaju povećava, povećava se i unutarnji tlak u loncu.

Još jedan zanimljiv primjer je onaj balona sa vrućim zrakom. Njegovo djelovanje temelji se na Charlesovu zakonu. S obzirom da se atmosferski tlak može smatrati praktički konstantnim, ono što se događa kada se plin koji napuni balon zagrijava je da se volumen koji zauzima povećava; na taj način se smanjuje njegova gustoća i balon se može uzdići.

Riješene vježbe

Prva vježba

Odredite krajnju temperaturu plina čiji se početni tlak od 3 atmosfere udvostručuje do postizanja tlaka od 6 atmosfera, dok smanjuje njegov volumen s volumena od 2 litre na 1 litru, znajući da je početna temperatura plina bila 208, 25 ºK.

Riješenje

Zamjena u sljedećem izrazu:

P ₁ ∙ V ₁ / T ₁ = P ₂ ∙ V ₂ / T ₂

moraš:

Rješavajući za, dobivamo da je T ₂ = 208,25 ºK

Druga vježba

S obzirom na plin podvrgnut tlaku od 600 mm Hg, koji zauzima volumen od 670 ml i pri temperaturi od 100 ° C, odredite koliki će biti njegov tlak na 473 ° K ako na toj temperaturi zauzima volumen od 1500 ml.

Riješenje

Prije svega, preporučljivo je (i općenito potrebno) sve podatke pretvoriti u jedinice međunarodnog sustava. Dakle, morate:

P ₁ = 600/760 = 0,789473684 atm približno 0,79 atm

V ₁ = 0,67 l

T ₁ = 373 ºK

P ₂ =?

V ₂ = 1,5 l

T ₂ = 473 ºK

Zamjena u sljedećem izrazu:

P ₁ ∙ V ₁ / T ₁ = P ₂ ∙ V ₂ / T ₂

moraš:

0,79 ∙ 0,67 / 373 = P ₂ ∙ 1,5 / 473

Rješavajući za P ₂, dobivamo:

P ₂ = 0,484210526 približno 0,48 atm

Reference

1. Schiavello, Mario; Vicente Ribes, Leonardo Palmisano (2003). Osnove kemije. Barcelona: Uredništvo Ariel, SA
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ur. Svijet fizičke kemije.
3. Opći zakon o plinu. (ND). Na Wikipediji. Preuzeto 8. svibnja 2018. s es.wikipedia.org.
4. Zakoni o plinu. (ND). U Wikipediji. Preuzeto 8. svibnja 2018. s en.wikipedia.org.
5. Zumdahl, Steven S (1998). Kemijska načela. Houghton Mifflin Company.