Príklady Gay-Lussacovho zákona o plyne

Príklady zákona o ideálnom plyne

Gay-Lussacov zákon o plyne je špeciálnym prípadom zákona o ideálnom plyne, kde je plyn udržiavaný v konštantnom objeme. Patrick Foto / Getty Images

Gay-Lussacov zákon o plyne je špeciálny prípad zákon o ideálnom plyne kde sa objem plynu udržiava konštantný. Keď sa objem udržiava konštantný, tlak vyvíjaný plynom je priamo úmerný absolútnej teplote plynu. Jednoducho povedané, zvýšenie teploty plynu zvyšuje jeho tlak, zatiaľ čo zníženie teploty tlak znižuje, za predpokladu, že sa objem nemení. Zákon je známy aj ako Gay-Lussacov zákon teploty tlaku. Gay-Lussac sformuloval zákon v rokoch 1800 až 1802 pri stavbe teplomera vzduchu. Tieto príklady problémov využívajú Gay-Lussacov zákon na zistenie tlaku plynu vo vyhrievanej nádobe, ako aj teploty, ktorú by ste potrebovali na zmenu tlaku plynu v nádobe.

Kľúčové poznatky: Problémy s chémiou podľa Gay-Lussacovho zákona

• Gay-Lussacov zákon je formou zákona ideálneho plynu, v ktorom sa objem plynu udržiava konštantný.
• Keď sa objem udržiava konštantný, tlak plynu je priamo úmerný jeho teplote.
• Zvyčajné rovnice pre Gay-Lussacov zákon sú P/T = konštanta alebo P_i/T_i= P_f/T_f.
• Dôvod, prečo zákon funguje, je ten, že teplota je mierou priemernej kinetickej energie, takže keď sa kinetická energia zvyšuje, dochádza k viacerým zrážkam častíc a zvyšuje sa tlak. Ak teplota klesá, je tu menšia kinetická energia, menej zrážok a nižší tlak.

Príklad Gay-Lussacovho zákona

20-litrový valec obsahuje 6 atmosféry (atm) plynu pri 27 C. Aký by bol tlak plynu, keby sa plyn zahrial na 77 C?

Ak chcete problém vyriešiť, postupujte podľa nasledujúcich krokov:
Objem valca zostáva nezmenený, kým sa plyn zahrieva, takže Gay-Lussac plynárenský zákon platí. Gay-Lussacov zákon o plyne možno vyjadriť takto:
P_i/T_i= P_f/T_f
kde
P_ia T_isú počiatočný tlak a absolútne teploty
P_fa T_fsú konečný tlak a absolútna teplota
Najprv preveďte teploty na absolútne teploty.
T_i= 27 C = 27 + 273 K = 300 K
T_f= 77 C = 77 + 273 K = 350 K
Použite tieto hodnoty v Gay-Lussacovej rovnici a vyriešte P_f.
P_f= P_iT_f/T_i
P_f= (6 atm) (350 K)/(300 K)
P_f= 7 atm
Odpoveď, ktorú získate, by bola:
Po zahriatí plynu z 27 C na 77 C sa tlak zvýši na 7 atm.

Ďalší príklad

Zistite, či rozumiete tomuto konceptu vyriešením iného problému: Nájdite teplotu v stupňoch Celzia potrebnú na zmenu tlaku 10,0 litra plynu, ktorý má tlak 97,0 kPa pri 25 C na štandardný tlak. Štandardný tlak je 101,325 kPa.

Najprv preveďte 25 C na Kelvin (298 K). Pamätajte, že Kelvinova teplotná stupnica je absolútna teplota stupnica založená na definícii, že objem z a plynu konštantný (nízky) tlak je priamo úmerná teplota a že 100 stupňov oddeľuje zmrazenie a body varu vody.

Vložte čísla do rovnice a získajte:

97,0 kPa / 298 K = 101,325 kPa / x

riešenie pre x:

x = (101,325 kPa) (298 K)/(97,0 kPa)

x = 311,3 K

Odčítaním 273 získate odpoveď v stupňoch Celzia.

x = 38,3 °C

Tipy a varovania

Pri riešení problému so zákonom Gay-Lussac majte na pamäti tieto body:

• Objem a množstvo plynu sú udržiavané konštantné.
• Ak sa zvýši teplota plynu, zvýši sa tlak.
• Ak teplota klesá, tlak klesá.

Teplota je mierou kinetickej energie molekúl plynu. Pri nízkej teplote sa molekuly pohybujú pomalšie a často narážajú na stenu nádoby. So zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje aj pohyb molekúl. Častejšie narážajú na steny nádoby, čo sa prejavuje ako zvýšenie tlaku.

Priamy vzťah platí len vtedy, ak je teplota uvedená v Kelvinoch. Najčastejšími chybami, ktorých sa študenti pri práci s týmto typom problému dopúšťajú, je zabúdanie previesť na Kelvina alebo vykonať konverziu nesprávne. Ďalšou chybou je zanedbanie významné postavy v odpovedi. Použite najmenší počet platných číslic uvedených v úlohe.

Zdroje

• Barnett, Martin K. (1941). „Stručná história termometrie“. Journal of Chemical Education , 18 (8): 358. doi: 10.1021/ed018p358
• Častka, Jozef F.; Metcalfe, H. Clark; Davis, Raymond E.; Williams, John E. (2002). Moderná chémia . Holt, Rinehart a Winston. ISBN 978-0-03-056537-3.
• Crosland, M. P. (1961), „Origins of Gay-Lussac's Law of Combining Volumes of Gases“, Annals of Science , 17 (1): 1, doi: 10.1080/00033796100202521
• Gay-Lussac, J. L. (1809). „Memoár o vzájomnej kombinácii plynných látok“. Spomienky spoločnosti Arcueil 2: 207-234.
• Tippens, Paul E. (2007). fyzika , 7. vyd. McGraw-Hill. 386–387.