Studienführer für Gase

Chemie Studienführer für Gase

Ein Gas ist ein Materiezustand ohne definierte Form oder Volumen. Gase haben ihr eigenes einzigartiges Verhalten in Abhängigkeit von einer Vielzahl von Variablen wie Temperatur, Druck und Volumen. Während jedes Gas anders ist, wirken alle Gase in ähnlicher Weise. Dieser Studienführer hebt die Konzepte und Gesetze hervor, die sich mit der Chemie von Gasen befassen.

Eigenschaften eines Gases

Gasballon. Paul Taylor, Getty Images

Ein Gas ist ein Aggregatszustand . Die Teilchen, aus denen ein Gas besteht, können variieren aus einzelnen Atomen zu komplexe Moleküle . Einige andere allgemeine Informationen zu Gasen:

• Gase nehmen die Form und das Volumen ihres Behälters an.
• Gase haben geringere Dichten als ihre festen oder flüssigen Phasen.
• Gase lassen sich leichter komprimieren als ihre festen oder flüssigen Phasen.
• Gase vermischen sich vollständig und gleichmäßig, wenn sie auf das gleiche Volumen beschränkt sind.
• Alle Elemente der Gruppe VIII sind Gase. Diese Gase sind als bekannt Edelgase .
• Elemente, die bei Raumtemperatur und Normaldruck Gase sind, sind alle Nichtmetalle .

Druck

Druck ist ein Maß die Kraft pro Flächeneinheit. Der Druck eines Gases ist die Kraft, die das Gas auf eine Oberfläche innerhalb seines Volumens ausübt. Gase mit hohem Druck üben mehr Kraft aus als Gase mit niedrigem Druck.
Das JAWOHL Druckeinheit ist Pascal (Symbol Pa). Das Pascal entspricht der Kraft von 1 Newton pro Quadratmeter. Diese Einheit ist beim Umgang mit Gasen unter realen Bedingungen nicht sehr nützlich, aber es ist ein Standard, der gemessen und reproduziert werden kann. Im Laufe der Zeit haben sich viele andere Druckeinheiten entwickelt, die sich hauptsächlich mit dem Gas befassen, mit dem wir am besten vertraut sind: Luft. Das Problem mit Luft, der Druck ist nicht konstant. Der Luftdruck hängt von der Höhe über dem Meeresspiegel und vielen anderen Faktoren ab. Viele Druckeinheiten basierten ursprünglich auf einem durchschnittlichen Luftdruck auf Meereshöhe, wurden aber standardisiert.

Temperatur

Die Temperatur ist eine Eigenschaft von Materie, die mit der Energiemenge der Teilchenbestandteile zusammenhängt.
Es wurden mehrere Temperaturskalen entwickelt, um diese Energiemenge zu messen, aber die SI-Standardskala ist die Kelvin-Temperaturskala . Zwei weitere gebräuchliche Temperaturskalen sind die Fahrenheit- (°F) und die Celsius- (°C) Skala.
Das Kelvin-Skala ist eine absolute Temperaturskala und wird in fast allen Gasberechnungen verwendet. Es ist wichtig, bei der Arbeit mit Gasproblemen umzuwandeln die Temperaturmesswerte zu Kelvin.
Umrechnungsformeln zwischen Temperaturskalen:
K = °C + 273,15
°C = 5/9 (°F - 32)
°F = 9/5 °C + 32

STP – Standardtemperatur und -druck

STP bedeutet Standardtemperatur und Druck. Er bezieht sich auf die Bedingungen bei 1 Atmosphäre Druck bei 273 K (0 °C). STP wird häufig in Berechnungen verwendet, die mit der Dichte von Gasen oder in anderen Fällen zu tun haben staatsübliche Bedingungen .
Bei STP nimmt ein Mol eines idealen Gases ein Volumen von 22,4 l ein.

Daltonsches Partialdruckgesetz

Daltons Gesetz besagt, dass der Gesamtdruck eines Gasgemisches gleich der Summe aller Einzeldrücke der Gaskomponenten allein ist.
P_gesamt= P_{Erdgas 1}+ S_{Erdgas 2}+ S_{Erdgas 3}+ ...
Der individuelle Druck des Komponentengases ist bekannt als Partialdruck des Gases. Der Partialdruck wird nach der Formel berechnet
P_ich= X_ichP_gesamt
wo
P_ich= Partialdruck des einzelnen Gases
P_gesamt= Gesamtdruck
X_ich= Molenbruch des einzelnen Gases
Der Molenbruch X_ich, wird berechnet, indem die Molzahl des einzelnen Gases durch die Gesamtmolzahl des Mischgases dividiert wird.

Avogadros Gasgesetz

Avogadros Gesetz besagt, dass das Volumen eines Gases direkt proportional ist die Anzahl der Maulwürfe von Gas, wenn Druck und Temperatur konstant bleiben. Grundsätzlich gilt: Gas hat Volumen. Fügen Sie mehr Gas hinzu, Gas nimmt mehr Volumen ein, wenn sich Druck und Temperatur nicht ändern.
V = kn
wo
V = Volumen k = Konstante n = Anzahl der Mole
Avogadros Gesetz kann auch ausgedrückt werden als
IN_ich/n_ich= V_f/n_f
wo
IN_ichund v_fsind Anfangs- und Endbände
n_ichund n_fsind Anfangs- und Endzahl der Mole

Boyles Gasgesetz

Boyles Gasgesetz besagt, dass das Volumen eines Gases umgekehrt proportional zum Druck ist, wenn die Temperatur konstant gehalten wird.
P = k/V
wo
P = Druck
k = konstant
V = Volumen
Das Gesetz von Boyle kann auch ausgedrückt werden als
P_ichIN_ich= P_fIN_f
wo p_ichund P_fsind Anfangs- und Enddruck V_ichund v_fsind Anfangs- und Enddruck
Wenn das Volumen zunimmt, nimmt der Druck ab, oder wenn das Volumen abnimmt, steigt der Druck.

Karls Gasgesetz

Das Gasgesetz von Karl besagt, dass das Volumen eines Gases proportional zu seiner absoluten Temperatur ist, wenn der Druck konstant gehalten wird.
V = kT
wo
V = Volumen
k = konstant
T = absolute Temperatur
Das Gesetz von Charles kann auch ausgedrückt werden als
IN_ich/T_ich= V_f/T_ich
wo v_ichund v_fsind Anfangs- und Endband
T_ichund T_fsind die absoluten Anfangs- und Endtemperaturen
Wenn der Druck konstant gehalten wird und die Temperatur steigt, nimmt das Volumen des Gases zu. Wenn das Gas abkühlt, nimmt das Volumen ab.

Das Gasgesetz von Guy-Lussac

Kerl - Gasgesetz von Lussac besagt, dass der Druck eines Gases proportional zu seiner absoluten Temperatur ist, wenn das Volumen konstant gehalten wird.
P = kT
wo
P = Druck
k = konstant
T = absolute Temperatur
Das Gesetz von Guy-Lussac kann auch ausgedrückt werden als
P_ich/T_ich= P_f/T_ich
wo p_ichund P_fsind Anfangs- und Enddruck
T_ichund T_fsind die absoluten Anfangs- und Endtemperaturen
Wenn die Temperatur steigt, steigt der Druck des Gases, wenn das Volumen konstant gehalten wird. Wenn das Gas abkühlt, nimmt der Druck ab.

Ideales Gasgesetz oder kombiniertes Gasgesetz

Das ideale Gasgesetz, auch bekannt als kombiniertes Gasgesetz , ist eine Kombination aus allen Variablen in den bisherigen Gasgesetzen . Das Ideales Gasgesetz wird durch die Formel ausgedrückt
PV = nRT
wo
P = Druck
V = Volumen
n = Molzahl Gas
R = ideale Gaskonstante
T = absolute Temperatur
Der Wert von R hängt von den Einheiten Druck, Volumen und Temperatur ab.
R = 0,0821 Liter·atm/mol·K (P = atm, V = L und T = K)
R = 8,3145 J/mol·K (Druck x Volumen ist Energie, T = K)
R = 8,2057 m³·atm/mol·K (P = atm, V = Kubikmeter und T = K)
R = 62,3637 L·Torr/mol·K oder L·mmHg/mol·K (P = Torr oder mmHg, V = L und T = K)
Das ideale Gasgesetz funktioniert gut für Gase unter normalen Bedingungen. Ungünstige Bedingungen sind hohe Drücke und sehr niedrige Temperaturen.

Kinetische Theorie der Gase

Die kinetische Theorie der Gase ist ein Modell zur Erklärung der Eigenschaften eines idealen Gases. Das Modell geht von vier Grundannahmen aus:

1. Es wird angenommen, dass das Volumen der einzelnen Teilchen, aus denen das Gas besteht, im Vergleich zum Volumen des Gases vernachlässigbar ist.
2. Die Teilchen sind ständig in Bewegung. Kollisionen zwischen Partikeln und den Rändern des Behälters verursachen den Druck des Gases.
3. Die einzelnen Gasteilchen üben keine Kräfte aufeinander aus.
4. Die durchschnittliche kinetische Energie des Gases ist direkt proportional zur absoluten Temperatur des Gases. Die Gase in einem Gasgemisch haben bei einer bestimmten Temperatur die gleiche durchschnittliche kinetische Energie.

Die durchschnittliche kinetische Energie eines Gases wird durch die Formel ausgedrückt:
KE_Ave= 3RT/2
wo
KE_Ave= durchschnittliche kinetische Energie R = ideale Gaskonstante
T = absolute Temperatur
Das Durchschnittsgeschwindigkeit oder quadratische Mittelgeschwindigkeit einzelner Gaspartikel kann unter Verwendung der Formel gefunden werden
in_Effektivwert= [3RT/M]^1/2
wo
in_Effektivwert= Durchschnitt oder Wurzelmittelwert quadratische Geschwindigkeit
R = ideale Gaskonstante
T = absolute Temperatur
M = Molmasse

Dichte eines Gases

Das Dichte eines idealen Gases kann mit der Formel berechnet werden
ρ = PM/RT
wo
ρ = Dichte
P = Druck
M = Molmasse
R = ideale Gaskonstante
T = absolute Temperatur

Grahams Gesetz der Diffusion und Effusion

Grahams Gesetz atates die Diffusionsrate oder Effusion für ein Gas ist umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der Molmasse des Gases.
r(M)^1/2= konstant
wo
r = Diffusions- oder Ergussrate
M = Molmasse
Die Raten zweier Gase können miteinander verglichen werden mit der Formel
r₁/r_zwei= (M_zwei)^1/2/(M₁)^1/2

Königliche Gase

Das ideale Gasgesetz ist eine gute Näherung für das Verhalten realer Gase. Die vom idealen Gasgesetz vorhergesagten Werte liegen typischerweise innerhalb von 5 % der gemessenen realen Werte. Das ideale Gasgesetz versagt, wenn der Druck des Gases sehr hoch oder die Temperatur sehr niedrig ist. Die Van-der-Waals-Gleichung enthält zwei Modifikationen des idealen Gasgesetzes und wird verwendet, um das Verhalten realer Gase genauer vorherzusagen.
Die Van-der-Waals-Gleichung ist
(P + ein^zwei/IN^zwei)(V - nb) = nRT
wo
P = Druck
V = Volumen
a = Druckkorrekturkonstante, die für das Gas einzigartig ist
b = Volumenkorrekturkonstante, die für das Gas einzigartig ist
n = die Anzahl der Gasmole
T = absolute Temperatur
Die Van-der-Waals-Gleichung beinhaltet eine Druck- und Volumenkorrektur, um die Wechselwirkungen zwischen Molekülen zu berücksichtigen. Anders als bei idealen Gasen stehen die einzelnen Teilchen eines realen Gases in Wechselwirkung und haben ein bestimmtes Volumen. Da jedes Gas anders ist, hat jedes Gas seine eigenen Korrekturen oder Werte für a und b in der Van-der-Waals-Gleichung.

Übungsarbeitsblatt und Test

Testen Sie, was Sie gelernt haben. Probieren Sie diese druckbaren Arbeitsblätter zu den Gasgesetzen aus:
Arbeitsblatt Gasgesetze
Arbeitsblatt Gasgesetze mit Lösungen
Arbeitsblatt zu Gasgesetzen mit Antworten und gezeigten Arbeiten
Da ist auch ein Praxistest Gasrecht mit Antworten verfügbar.