Тема: Идеальный газ и газовые смеси

Газ - совокупность частиц, хаотично движущихся и постоянно сталкивающихся между собой и со стенками сосуда. Эти столкновения настолько часты, что частицы оказывают постоянное давление на стенки. Давление – это сила, действующая на единицу площади (Ньютоны на кв. метр). Один паскаль – это давление, равное 1 Н/м². Стандартное (атмосферное) давление равно 101,325 кПа = 1 атм.

Экспериментальные данные, характеризующие газообразное состояние, получить несложно (надуть воздушный шар или пузырь). Однако теоретическое описание требует некоторых допущений для создания модели идеального газа. Он не отождествляется с реально существующими газами, но позволяет получить фундаментальные уравнения, которые используют для описания широкого круга реальных, и не только газообразных, систем. Вот эти допущения:

a. идеальный газ образован большим числом молекул или атомов, расстояние между которыми намного больше, чем размеры самих частиц;

b. молекулы этого газа характеризуются определенной массой, однако их собственным объемом можно пренебречь;

c. молекулы находятся в непрерывном беспорядочном движении;

Идеальным считается газ,  в котором частицы настолько удалены друг от друга, что можно пренебречь силами их взаимодействия и занимаемой частью объема. Движение молекул беспорядочное, поступательное, молекулы движутся с разными скоростями.

Средняя кинетическая энергия молекул рассчитывается по формуле:

, где

k - постоянная Больцмана равная

Т - абсолютная температура

Т при О ⁰С равна 273 К

Среднеквадратичная скорость движения молекул рассчитывается по уравнению:

, где

R-универсальная газовая постоянная равная 8,314 Дж/моль∙К

 

Взаимозависимость внешних физических свойств идеального газа описывается уравнением состояния (уравнение Клапейрона-Менделеева):

 

, где

m – масса вещества (кг)

M – молярная масса вещества (кг/моль)

Мr – относительная молекулярная масса вещества (кг)

Mr(вещества) = ∑Ar (Э)

P – давление (Па, кПа, мПа, мм.рт.ст)

V – объем (м³)

T – абсолютная температура (К), 0⁰ = 273 К

n – количества вещества (моль)

R – универсальная газовая постоянная равная 8,314 Дж/моль∙К

Р = 101325 Па = 760 мм.рт.ст = 1 атм при стандартной температуре 298 К

V = 22,4 моль/л при стандартной температуре 298К

Объединенное уравнение газовых законов:

 

Расчет плотности и концентрации:

, , , где

 

 

Физические свойства идеальной газовой смеси подчиняются уравнению состояния (уравнение Клапейрона-Менделеева).

Каждый компонент идеальной газовой смеси ведет себя так, если бы он один занимал бы весь объем, занимаемый этой смесью:

, где

Р_1, Р₂, Р₃ – парциальные давления веществ (Па)

, ,