Általános Kémia. Dr. Csonka Gábor 1. Gázok. Gázok. 2-1 Gáznyomás. Barométer. 6-2 Egyszerű gáztörvények. Manométer

Átírás

1 Gázok -1 Gáznyoás - Egyszerű gáztörvények -3 Gáztörvények egyesítése: Tökéletes gáz egyenlet és általánosított gáz egyenlet -4 tökéletes gáz egyenlet alkalazása -5 Gáz halazállapotú reakciók -6 Gázkeverékek Gázok -7 Kinetikus gázelélet -8 Reális gázok (liitációk) Fókusz Légzsák (ir-bag Systes) kéiája -1 Gáznyoás Baroéter Gáz nyoása Erő () P (Pa) = Felület ( ) Standard légnyoás 1at Hidrosztatikus P P (Pa) = g h d 760 Hg, 760 torr 101,35 kpa g = 9,807 /s - gravitációs gyorsulás h a folyadék oszlop agassága d a folyadél sűrűsége 1,0135 bar 1013,5 bar d(hg) = 13,5951 g/c 3 (0 C) anoéter 6- Egyszerű gáztörvények Boyle 166 P ~ 1 V PV = constant Dr. Csonka Gábor 1

2 Példa Charles törvény Boyle törvény alkalazása: Charles 1787 Gay-Lussac 180 V ~ T V = b T Térfogat - hőérséklet P 1 V 1 = P V V = P 1V 1 P = 694 L V tank = 644 L orál állapot gázok tulajdonságai függenek a nyoástól és a hőérséklettől Ezért definiálják a norál állapotot (STP). P = 1 at = 760 Hg = 101,35 kpa T = 0 C = 73,15 K vogadro Törvénye Gay-Lussac 1808 gázok térfogatai kis egész száok szerint reagálnak (pl. 1 oxigén + hidrogén). vogadro 1811 zonos térfogatban azonos ennyiségű gáz van és gáz olekulák kötései felszakadnak, aikor reagálnak. Víz képződése vogadro törvénye alkalazva dott nyoáson és hőérsékleten: V ~ n or V = c n orál álállapotban 1 ol tökéletes gáz térfogata =,4 L Dr. Csonka Gábor

3 6-3 Gáztörvények egyesítése Boyle V ~ 1/P Charles V ~ T vogadro V ~ n tökéletes gázok törvénye: PV = nrt V ~ nt P tökéletes gázállandó: R PV = nrt R = PV nt Tökéletes gáz (anyagi inőségtől független) elhanyagolásai: 1. részecskék térfogata. Rugalatlan ütközés 3. Vonzó kölcsönhatások = 8, Pa ol -1 K -1 = 8,3145 J ol -1 K -1 Általánosított gáztörvény Tökéletes gáz p-v-t felület ol és a térfogat const. P R = = P 1 V 1 V n 1 T 1 n T Izosztér V=const. Izobár P = const. Izoter T= const. P 1 T 1 = P T ol töeg eghatározás Gáz sűrűség PV = nrt and n = PV = nrt and d = V, n = PV = = RT PV RT PV = = d = V RT P RT Dr. Csonka Gábor 3

4 -5 Gázok kéiai reakciókban reakció együtthatók alapján eghatározható a reagensek és a terékek ennyisége (n ol). gázennyiség iseretében (n ol) a tökéletes gáztörvény alkalazható. különböző gáz koponensek térfogatai összeadódnak Példa: Használjuk fel a reakció egyenletet és a tökéletes gáztörvényt. nátriuazid, a 3 (s), agas hőérsékleten (g)-re bolik. egfelelő eszközökkel, a felszabaduló a(l) selegesítést biztosítva egy air-bag safety syste hozható létre. ekkora lesz a keletkező (g) térfogata 735 Hg nyoás ellett 6 C-on ha 700ga 70,0 3 elbolik. a 3 (s) a(l) + 3 (g) Példa: Légzsák tervezés: oljainak száa: n = 70 g 1 ol a 3 65,01 g 3 ol ol a 3 = 1,6 ol térfogata: nrt V = = P (1,6 ol)(8,3145 J ol -1 K -1 )(99 K) 101,35 kpa (735 Hg) 760 Hg = 41,1 L -6 Gázelegyek tökéletes gáztörvény alkalazható tökéletes gázok keverékére is. legegyszerűbb az n össz használata Dalton-törvény (T és V = const.) gázelegy össznyoását a koponensek parciális nyoásainak összegezésével száíthatjuk ki. P tot = P a + P b + Parciális nyoás (T és V = const.): inden koponens akkora nyoást fejt ki intha egyedül lenne a tartályban. Dr. Csonka Gábor 4

5 agat-szabály (T és P = const.) gázelegy össztérfogatát a koponensek parciális térfogatainak összegezésével száíthatjuk ki. Átlagos oltöeg: elegyszabály z átlagos oltöeg a koponensek oltöegeibőla oltörtek arányában tevődik össze. V a = n a RT/P tot and V tot = V a + V b + V a V tot n a RT/P tot = = n a n tot RT/P tot n tot oltört n a n tot = χ a P a P tot n a RT/V = tot = n a n tot RT/V tot n tot z atoszféra Átlagos oltöeg? Vízgőz nyoás Egyensúlyi vízgőz tenzió adatok P* (kpa) P tot = P bar = P gas + P H O(t) hőérséklet függő t (C) Dr. Csonka Gábor 5

6 levegő relatív páratartala -7 Kinetikus gázelélet n H O P H O a levegőben. P H O (ért) P H O (ax) Relatív páratartalo= H O (ért) 100% tökéletes (ideális) gáz közelítései: részecskék pontszerű töegek, aelyek egyenes vonalú egyenletes ozgást végeznek. agy távolság van köztük. z ütközések rugalasak, rövidek. incs kölcsönhatás a részecskék között. teljes energia állandó arad. yoás az ütközések eredénye yoás és a sebesség Kinetikus energia, Ütközési gyakoriság, Ipulzus, 1 e k = u v = v V I = v 3 dienzóban: 1 P = u 3 V u odulusz sebesség u av átlag sebesség nyoás (P) arányos az ipulzus és az ütközési gyakoriság szorzatával P ~ v V u rs = u yoás olekulák sebességeloszlása 1 ol: PV=RT ezért: = : 1 PV = u 3 3RT = u 3RT = u u átlag = 3RT átrendezve: u = 3RT Dr. Csonka Gábor 6

7 olekula sebességeloszlás eghatározása Hőérséklet Rendezzük át: PV = PV=RT ezért: Fejezzük ki e k -t: 1 3 u RT = e k = 3 3 e k 3 R = (T) 1 ( u ) z átlagos kinetikus energia egyenesen arányos a hőérséklettel! Gázok kinetikus tulajdonságai Diffúzió Sebessége arányos a olekulák sebességével. é Effúzió Összefügg a diffúzióval. -8 Reális gázok Tökéletes gázok esetében: PV/nRT = 1 Reális gázok eltérnek ettől (T kicsi, P nagy): PV/nRT > 1 a olekula térfogat ne elhanyagolható. PV/nRT < 1 vonzó kölcsönhatások. Reális gázok, Kopresszibilitás van der Waals egyenlet P + n a V V nb = nrt van der Waals koefficiensek Gáz a (Pa 6 /ol ) b( 3 /ol) Héliu 3,46 x ,71 x 10-6 eon,1 x 10-17,10 x 10-6 Hidrogén,45 x 10-6,61 x 10-6 Széndioxid 3,96 x ,69 x 10-6 Vízgőz 5,47 x ,5 x 10-6 Dr. Csonka Gábor 7

8 van der Waals gázok norál állapotban P 0 és T = 0 C Gáz V (d3) He.436 e.41 H.49 CO.95 HO.199 Házi feladat Excel táblázatban száítsa ki a CO vagy a H O kopresszibilitási görbéit, különböző hőérsékleteken. Fejezze ki a P V szorzatot a van der Waals egyenletből és ábrázoljon különböző izoterákat a p-v diagraon (Excel). Figyelje eg, i történik alacsony hőérsékleten. Dr. Csonka Gábor 8