Ideális gáz és reális gázok

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Ideális gáz és reális gázok"

Natália Sipos
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Ideális gáz és reális gázok Fizikai kémia előadások 1. Turányi Tamás ELTE Kémiai Intézet Állaotjelzők állaotjelző: egy fizikai rendszer makroszkoikus állaotát meghatározó mennyiség egykomonensű gázok állaotjelzői: anyagmennyiség, nyomás, térfogat és hőmérséklet n,,, T anyagmennyiség jele n, egysége a mól (az egység jelölése: mol): 1 mol anyagban N A = 6, számú részecske található, (Avogadro-állandó) nyomás definíciója = F/A, (F az A felületre merőlegesen ható erő nagysága) SI egysége a ascal (jele: Pa): 1 Pa = 1 N m - 1 bar= 10 5 Pa; 1 atm=760 Hgmm=760 torr=10135 Pa 1

állaotjelzői: anyagmennyiség, nyomás, térfogat és hőmérséklet n,,, T anyagmennyiség jele n, egysége a mól (az egység jelölése: mol): 1 mol

2 Állaotjelzők egykomonensű gázok állaotjelzői: n,,, T térfogat jele, SI egysége a m 3 mólnyi anyag térfogata a m moláris térfogat hőmérséklet testek termikus állaota emirikus hőmérsékleti skálák: a testek tulajdonságai, a termikus állaotuktól függ. l. higany hőtágulása, borszesz hőtágulása, testek színe 3 Hőmérsékleti skálák 1: Fahrenheit Fahrenheit-skála (1709): Daniel Gabriel Fahrenheit ( ) 0 F (-17,77 C) 1709 telén mért fizikus, műszerkészítő leghidegebb hőmérséklet 100 F (37,77 C) Fahrenheit tehenének végbelében mért hőmérséklet A talontok között a beosztás lineáris (borszesz hőmérővel). Probléma: Fahrenheit-nek személyesen kellett másolatot csinálnia az eredeti hőmérőről (őshőmérő) Alsó és a felső talont önkényes Alsó és a felső talont nem rerodukálható utólag Egy őshőmérő kell a skála rerodukálásához 4

higany hőtágulása, borszesz hőtágulása, testek színe 3 Hőmérsékleti skálák 1: Fahrenheit Fahrenheit-skála (1709): Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736) 0 F (-17,77 C) 1709 telén mért fizikus,

3 Hőmérsékleti skálák : Celsius Celsius-skála (174; 1750): 0 C olvadó jég hőmérséklete 1 atm levegőn 100 C forrásban levő víz hőmérséklete 1 atm levegőn A talontok között a beosztás lineáris (borszesz hőmérővel). Anders Celsius ( ) svéd csillagász Probléma: ha más folyadékkal (l. Hg) töltik a hőmérőt, más skálát kaunk Alsó és a felső talont Alsó és a felső talont önkényes könnyen bárki rerodukálja mindenki tud saját hőmérőt csinálni 5 Hőmérsékleti skálák 3: Kelvin Kelvin-skála vagy abszolút hőmérsékleti skála (1848): Lord Kelvin született William Thomson ( ) skót fizikus 0 K (-73,15 C) ideális gáz extraolált nulla térfogata 73,16 K (0,01 C) víz hármasontjának hőmérséklete A talontok között a beosztás lineáris (ideális gázzal töltött hőmérővel). Probléma: ideális gáz nem létezik Alsó talont fizikailag jól meghatározott Felső talont önkényes, de rerodukálható utólag Ez a valódi ( termodinamikai ) hőmérsékletskála 6 3

Hg) töltik a hőmérőt, más skálát kaunk Alsó és a felső talont Alsó és a felső talont önkényes könnyen bárki rerodukálja mindenki tud saját hőmérőt csinálni 5 Hőmérsékleti skálák 3: Kelvin

4 A termodinamika nulladik főtétele Ha az A test termikus egyensúlyban van a B testtel, és B termikus egyensúlyban van a C testtel, akkor A és C is termikus egyensúlyban vannak egymással. Tanuláshoz: termikus egyensúlyról van szó, nem termodinamikai egyensúlyról! Értelmezése: B hőmérővel megmérjük előbb az A, majd a C test hőmérsékletét. Ha a hőmérő ugyanazt mutatja, akkor A és C hőmérséklete azonos. 7 A tökéletes gáz állaotegyenlete = n R T avagy m = R T nyomás (Pa) térfogat (m 3 ) n anyagmennyiség (mol) T hőmérséklet (K) R gázállandó R= J K -1 mol -1 Regnault (rönyó) állandó magas hőmérsékleten és nem túl nagy nyomáson a tökéletes gáz állaotegyenlete általában jó közelítés. Henri ictor Regnault ( ) francia vegyész DEF: Azokat a kézeletbeli gázokat, amelyekre az általános gáztörvény ontosan érvényes, ideális vagy tökéletes gázoknak nevezzük. 8 4

Ha a hőmérő ugyanazt mutatja, akkor A és C hőmérséklete azonos.

5 7 név az Eiffel-torony oldalán 9 Dalton törvénye DEF Gázelegyek esetében adott komonens arciális nyomásán azt a nyomást értjük, amit akkor mérhetnénk, ha a kérdéses komonens egyedül töltené be a rendelkezésre álló teljes térfogatot. T Dalton törvénye: egy ideális gázokból álló gázelegy nyomása a komonensek arciális nyomásainak összege. = ( n + n + K+ n )RT 1 K n RT n RT n RT 1 K = + + K+ = K+ K n j x = n + n + j / RT = / RT j = 1 KnK j Tehát egy komonens móltörtje a arciális nyomás és az össznyomás hányadosa. John Dalton ( ) angol vegyész 10 5

T Dalton törvénye: egy ideális gázokból álló gázelegy nyomása a komonensek arciális nyomásainak összege.

6 Reális gázok DEF komresszibilitási tényező Z = m / RT megmutatja az eltérést az ideális gáztörvénytől ideális gázokra Z=1 (mert ekkor m = RT ) 1,30 1,5 Z = m/rt 1,0 1,15 1,10 1,05 1,00 0,95 e d c b a 0, /bar nitrogéngáz komresszibilitási diagramja a jelentős hatások 10 bar felett vannak! f a: 33K (-40 C) b: 55 K (-18 C) c: 73 K ( 0 C) d: 37, K (54,05 C) e: 478 K (05 C) 11 Komresszibilitási diagram DEF komresszibilitási diagram: Z görbe 1,30 1,5 1,15 megtanulni: 1,10 - (közel) nulla nyomáson Z = 1 1,05 1,00 - ideális gázra Z = 1 mindig 0,95 - reális gáz nagy nyomáson Z nagy 0,90 - Boyle hőmérsékleten Z vízszintesen indul - Boyle hőmérséklet alatt: Z előbb 1 alá megy - Boyle hőmérséklet felett: Z rögtön emelkedni kezd Z = m/rt 1,0 e d c b a /bar f DEF: Boyle hőmérséklet ezen a hőmérsékleten Z() vízszintesen indul jelentősége: Boyle hőmérsékleten reális gázok (közel) ideális gázként viselkednek nem túl nagy (l. < 30 bar) nyomáson N Boyle hőmérséklete: 54,05 C ( levegő szobahőmérsékleten közel ideális) Z() görbe alakja: behoradás lefelé: elkanyarodás felfelé: vonzó erők a molekulák között taszító erők / a molekuláknak van saját térfogata 1 6

f a: 33K (-40 C) b: 55 K (-18 C) c: 73 K ( 0 C) d: 37, K (54,05 C) e: 478 K (05 C) 11 Komresszibilitási diagram DEF komresszibilitási diagram: Z görbe 1,30 1,5 1,15 megtanulni: 1,10 - (közel) nulla

7 Reális gázok állaotegyenletei T viriál állaotegyenlet Z = m / RT = 1+ B + C + K megtanulni: viriál állaotegyenlet a Z() görbét olinommal közelíti kihasználja, hogy ha =0 akkor Z=1 tetszőleges magasabb fokú olinom is lehet tetszőleges ontosság elérhető vele B, C... hőmérsékletfüggő taasztalati állandók vegyészmérnökök szeretik a nagy ontossága miatt Robert Boyle ( ) angol vegyész 13 Reális gázok állaotegyenletei. T van der Waals állaotegyenlet n a + = van der Waals ötlete: ( nb) nrt Johannes Diderik van der Waals ( ) vegyük az ideális gáz állaotegyenletét holland fizikus = n R T nyomást korrigálja egy taggal, ami a molekulák közötti vonzóerőket figyelembe veszi. Ennek taasztalati állandója a. doboztérfogatból levonja a molekulák saját térfogatát. Ez egy mólra b, n mólra edig nb a és b hőmérsékletfüggetlen taasztalati állandók nem túl ontos, de fizikusok szeretik (egyszerű állaotegyenlet reális gázokra) 7

.. hőmérsékletfüggő taasztalati állandók vegyészmérnökök szeretik a nagy ontossága miatt Robert Boyle (167-1691) angol vegyész 13 Reális gázok állaotegyenletei.

8 Tökéletes gázok izotermái DEF gázok izotermái: görbe állandó hőmérsékleten (x-tengely: térfogat, y-tengely: nyomás) alacsonyabb hőmérséklet: az izoterma egyre közelebb kerül a tengelyekhez a hierbola-alak megmarad (mert = állandó) 15 Reális gázok izotermái c C T 1 T T c c T 3 T 4 magas hőmérséklet: közel hierbola (közel ideális gáz) kisebb hőmérséklet: torzult hierbola kritikus izoterma: megjelenik egy vízszintes érintőjű ont (kritikus ont) kritikus hőmérséklet: a kritikus izotermához tartozó hőmérséklet kritikus nyomás: a kritikus onthoz tartozó nyomás kritikus moláris térfogat: a kritikus onthoz tartozó moláris térfogat kritikus hőmérséklet: ennél magasabb hőmérsékleten gázokat nem lehet összenyomással csefolyósítani 16 8

torzult hierbola kritikus izoterma: megjelenik egy vízszintes érintőjű ont (kritikus ont) kritikus hőmérséklet: a kritikus izotermához tartozó hőmérséklet kritikus nyomás: a kritikus

9 Reális gázok izotermái. széndioxid megmért izotermái kritikus hőmérséklet: 304,3 K (31,1 C) kritikus nyomás: 7.38 MPa (73,8 bar) kritikus hőmérséklet felett: kritikus hőmérséklet alatti légnemű: gáz gőz (összenyomással csefolyósítható) szürke tartomány: gőz/folyadék egyensúly, nyomása az egyensúly gőznyomás szürke tartománytól balra, kritikus hőmérséklet alatt: folyadék 17 Ideális gáz és reális gázok téma ÉGE 18 9

38 MPa (73,8 bar) kritikus hőmérséklet felett: kritikus hőmérséklet alatti légnemű: gáz gőz

Hasonló dokumentumok

A gáz halmazállapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

A gáz halmazállapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011 A gáz halmazállapot A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 0 Halmazállapotok, állapotjelzők Az anyagi rendszerek a részecskék közötti kölcsönhatásoktól és az állapotjelzőktől függően