1.3 Газдардың негізгі заңдары

Газдардың физикалық күйін үш параметр – көлем V, қысым – р, температура – Т ( Т = 273 + t) анықтайды. Қысым 1,013×10⁵ Па ( 760мм сынап бағ.) , температура 273К не 0^°С газ күйінің қалыпты жағдайы (қ.ж.): р₀, Т₀ , t₀ , V₀ .

Бойль- Мариот заңы. Тұрақты температурада газдың берілген массасының көлемі қысымға кері пропорционал өзгереді: V₁p₁ = V₂p₂ = …,

яғни Vp = const, V₁/ V₂ = p₂ /p₁.

Гей-Люссак заңы. Тұрақты қысымда газдың берілген массасының көлемі абсолютті температураға тура пропорционал өзгереді: V₁/ V₂ = T₁/T₂ Тұрақты көлемде: р₁/ р₂ = T₁/ T₂.

Менделеев- Клапейрон теңдеуі. Бойль-Мариот және Гей-Люссак заңдарын біріктіріп газ күйінің теңдеуін алады. V₁p₁/ T₁ = V₂p₂/ T₂ не

V p/ T = V₀p₀/ T₀ , егер күйлердің бірі қалыпты болса.

Кез келген газ үшін заттың 1 моль мөлшеріне V₀p₀ /T₀ тұрақты және бірдей, оны универсал газ тұрақтысы ® деп атайды, сонда V p = RT, ал n моль газ үшін Vp = nRT Vp = nRT . Сонда Vp = mRT/ M - Менделеев-Клапейрон теңдеуі. R – мәні көлем мен қысым өлшем бірлігіне байланысты болады. Есептерде көбінесе мына мәндер алынады: 22,4 л; 273К, 8,31 Дж×моль^-1×К^-1. Мысал 1. 5 т құрамында 80% кальций карбиді бар ізбесті термиялық айырғанда 27°С температурада 100м³ көміртегі (ІҮ) оксидін жинап алу үшін қажет қысым көлемі қанша? Шешімі: Айрылған карбонат массасы: 5т×0,8 = 4т; М(СаСО₃) = 100г/моль; Мына реакция теңдеуінен: СаСО₃ ® СаО + СО₂ 4000×22,4 / 100 = 896м³ СО₂ бөлінгенін есептейді. V p / T = V₀p₀ / T₀ , p = V₀p₀T / T₀V , сонда р ( СО₂) = 896×1,013×10⁵×300 / 273×100 = 9,97×10⁵ Па = 1 МПа.

Егер масса арқылы есептесе, 4000×44 / 100 = 1760кг.

р (CO₂) = m RT / MV, p ( CO₂) = 1760×8.31×300 / 44×100 = 9.97×10⁵ Па.

Мысал 2. Массасы 5,6г газ 17°С температурада, қысым 0,997×10⁵ Па болғанда 4,84 л көлем алады. Осы газдың салыстырмалы молекулалық массасы қанша? Шешімі: Клапейрон-Менделеев теңдеуінен М = mRT/Vp

M(г) = 5.6 × 8.31×290 / 0.997×4,84 = 28 г/моль; М_r = 28. Мысал 3. 3 л газдың белгілі бір температурада қысымы 93,3 кПа ( 700 мм сынап бағ.). Температураны өзгертпей газдың көлемін 2,8 л – ге дейін төмендетсе, қысым қалай өзгереді? Шешімі: р_х / 93,3 = 3/ 2,8; p_x = 93,3×3/ 2,8 = 100 кПа

Мысал 4. 27°С температурада газ көлемі 600 мл болса, қысым тұрақты қалса, 57°С қандай көлем алады. Шешімі: Есеп шарты бойынша V₁ = 600 мл, Т₁ = 273 + 27 = 300К және Т₂ = 273 + 57 = 330К. Бұл мәндерді Гей-Люссак заңына қойып есептесе, 600/300 = V₂ /330, V₂ = 660 мл болады.

Газ не бу тәріздес заттардың молярлық массаларын олардың молярлық көлемін және тығыздығын пайдаланып та есептеуге болады.

Мысал 5. Көлемі 5,00 л ( қ.ж.) газдың массасы 9,80г. Осы газдың салыстырмалы молекулалық массасы қанша? Шешімі: r = m/ V, сол газ үшін r = 9.80/5.00 = 1.96 г/л. М(г) = V_m r = 22.4 л/моль × 1,96 г/л = 44г/моль ; М_r = 44.

Мысал 6. Көлемдік үлестері 30, 10, 60% азот, сутегі, аммиактан тұратын газ қоспасының сутегі және ауа бойынша тығыздығы қанша болады?

Шешімі: Молекулаларының орташа мәні 28×0,3 + 2×0,1 + 17×0,6 = 18,8;

D = M₁/ M₂. D_H2 = 18,8 / 2 = 9,4; D_ауа = 18,8 / 29 = 0,65. Газдың парциалды қысымы.

Газдар қоспасының жалпы қысымының сол газға келетін үлесін парциалды қысым деп атайды. Газдар қоспасының жалпы қысымы жеке газдардың парциалды қысымдарының қосындысына тең: р_жалпы = р₁+ р₂ + р₃ +... .Газдың парциалды қысымы оның қоспадағы көлемдік не молдік үлесіне тура пропорционал. Егер газ су үстінде жиналатын болса, ол су буымен қанығады , онда жалпы қысым сол газдың парциал қысымы мен су буы қысымы қосындысына тең болады: р_жалпы = р(г) + р (Н₂О), одан р(г) = р_жалпы-р_Н2О . Мысал 1. Егер бөлме температурасында және 1×10⁵ Па қысымда ауа құрамында 14,5-26,8% аммиактың көлемдік үлесі болса, онда мұндай қоспа жарылғыш болады. Осы қоспада аммиактың парциалды қысымы қай шекте (аралықта) өзгереді? Шешуі: Қоспадағы газдардың парциалды қысымы олардың көлемдік үлесіне тура пропорционал болғандықтан , төменгі р(NH₃) =1×10⁵×0.145 = 14500 Па = 14,5 кПа, жоғарғы р( NH₃) = 1×10⁵ ×0.268 = 26800Па = 26,8 кПа.

1.0°С температурада 5 л метан, 10 л сутегі, 25 л оттегі араластырылған. Газ қоспасындағы әр газдың концентрациясын әртүрлі бірлікте көрсету керек. Газдар қоспасының жалпы қысымы 101,3 кПа болса, әр газдың парциалды қысымы қанша болады?

( Жауабы көлем бойынша процент,%: 12,5СН₄, 25Н₂, 62,5О₂; г/л: 0,0895СН₄, 0,0225г/лН₂, 0,893О₂; моль/л: 0,00558СН₄, 0,01116Н₂, 0,0279О₂ ).

2.Егер ауада 21% оттегі және 78% азот көлем бойынша болса, ауа қысымы 101,3 кПа болса, әр газдың парциалды қысымы қанша болады? (Жауабы 21,2 кПа оттегі, 78,8кПа азот).

Осы дәріс материалымен танысқан соң, мына мағлұматтарды білу керек: