1.4 Основные газовые законы

Состояние газа характеризуется его температурой, давлением и объёмом, взаимосвязь между которыми выражается соответствующими газовыми законами.

Закон Бойля-Мариотта: При постоянной температуре ( ) для данной массы газа произведение давления газа на его объём есть величина постоянная:

.

Закон Гей-Люссака: При постоянном давлении ( ) объём газа данной массы прямо пропорционален его абсолютной температуре:

Закон Шарля: При постоянном объёме давление газа данной массы прямо пропорционально его абсолютной температуре:

Взаимосвязь всех трёх параметров ( ) для данной массы газа выражает объединённый газовый закон (уравнение Клапейрона):

или

Если уравнение Клапейрона записать для стандартных условий⁵, т.е.

,

то можно видеть, что для одного моля газа произведение давления на объём, делённое на абсолютную температуру, есть величина постоянная. Она называется газовой постоянной . Её численное значение зависит от того, в каких единицах выражают давление и объём. В соответствии с международной системой физических величин объём выражается в , а давление – в паскалях, то

.

Произведение объёма газа на давление имеет размерность энергии: . Отсюда

.

Применительно к некоторому числу молей газа и произвольным условиям уравнение принимает вид:

.

Так как число молей газа n можно представить как частное от деления массы газа на мольную массу :

то уравнение перепишется в виде:

.

Это уравнение вывел Д.И. Менделеев в , и теперь его называют уравнением Клапейрона–Менделеева.

Закон Авогадро: В равных объёмах любых газов, взятых при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул.

Из закона Авогадро вытекает два следствия:

1. Одинаковое число молекул любых газов при одинаковых условиях занимают одинаковый объём.

Число Авогадро – число частиц в любого вещества при равно .

Молярный объём – объём одного моля любого газа при нормальных условиях равен .

2. Относительная плотность одного газа по другому равна отношению их молярных масс или относительных молекулярных масс .

Так как относительная плотность газа по газу показывает отношение плотности одного газа к плотности другого газа :

а плотность любого газа есть отношение:

тогда

Часто плотность различных газов определяют по отношению к водороду как самому легкому из всех газов или по отношению к воздуху. Относительная плотность любого газа по водороду:

Воздух это смесь газов ( и других газов), средняя относительная молекулярная масса которого равна 29. Поэтому относительная плотность любого газа (Х) по воздуху:

Парциальное давление газа: Парциальным давлением газа в смеси называется давление, которое производил бы газ, занимая при тех же условиях объём всей газовой смеси. Отсюда вытекает закон парциальных давлений: Общее давление смеси газов, не вступающих друг с другом в химическое взаимодействие, равно сумме парциальных давлений газов, составляющих смесь:

где - общее давление газовой смеси, - парциальные давления составляющих её частей.

Если газ собран над жидкостью, которая обладает собственным давлением пара, то при расчетах следует иметь в виду, что его давление является парциальным и равно разности общего давления газовой смеси и парциального давления пара жидкости. Например, какой-либо газ собирают над водой, которая является одним из реагирующих веществ или просто запирающей жидкостью, и давление в сосуде составляет при . Но давление паров воды при этой температуре равно , тогда парциальное давление газа