Gas ideal, la ecuación de estado del gas ideal, su temperatura y presión, volumen… la lista de parámetros y definiciones utilizadas en la sección correspondiente de física puede continuar durante bastante tiempo. Hoy hablaremos solo de este tema.
¿Qué se considera en física molecular?
El objeto principal considerado en esta sección es un gas ideal. La ecuación de estado de los gases ideales se obtuvo teniendo en cuenta las condiciones ambientales normales, y hablaremos de esto un poco más adelante. Ahora abordemos este "problema" desde lejos.
Digamos que tenemos algo de masa de gas. Su estado se puede determinar utilizando tres parámetros de naturaleza termodinámica. Estos son, por supuesto, la presión, el volumen y la temperatura. La ecuación del estado del sistema en este caso será la fórmula de la relación entre los parámetros correspondientes. Se ve así: F (p, V, T)=0.
Aquí, por primera vez, nos acercamos lentamente al surgimiento de algo como lo idealgas. Se denomina gas en el que las interacciones entre moléculas son despreciables. En general, esto no existe en la naturaleza. Sin embargo, cualquier gas altamente enrarecido está cerca. El nitrógeno, el oxígeno y el aire, que se encuentran en condiciones normales, difieren poco del ideal. Para escribir la ecuación de estado de un gas ideal, podemos usar la ley unificada de los gases. Obtenemos: pV/T=const.
Concepto relacionado 1: Ley de Avogadro
Él puede decirnos que si tomamos el mismo número de moles de absolutamente cualquier gas aleatorio y los ponemos en las mismas condiciones, incluyendo temperatura y presión, entonces los gases ocuparán el mismo volumen. En particular, el experimento se llevó a cabo en condiciones normales. Esto significa que la temperatura era de 273,15 Kelvin, la presión era de una atmósfera (760 milímetros de mercurio o 101325 Pascales). Con estos parámetros, el gas ocupaba un volumen igual a 22,4 litros. Por lo tanto, podemos decir que para un mol de cualquier gas, la relación de parámetros numéricos será un valor constante. Por eso se decidió designar esta figura con la letra R y llamarla constante universal de los gases. Por lo tanto, es igual a 8,31. La unidad es J/molK.
Gasolina ideal. La ecuación de estado de los gases ideales y su manipulación
Intentemos reescribir la fórmula. Para ello, lo escribimos de esta forma: pV=RT. Luego, realizamos una acción simple, multiplicamos ambos lados de la ecuación por un número arbitrario de moles. Obtenemos pVu=uRT. Tengamos en cuenta el hecho de que el producto del volumen molar yla cantidad de materia es simplemente el volumen. Pero después de todo, el número de moles será simultáneamente igual al cociente de la masa y la masa molar. Así es exactamente como se ve la ecuación de Mendeleev-Clapeyron. Da una idea clara de qué tipo de sistema forma un gas ideal. La ecuación de estado para un gas ideal tomará la forma: pV=mRT/M.
Deduce la fórmula de la presión
Hagamos más manipulaciones con las expresiones obtenidas. Para ello, se multiplica el lado derecho de la ecuación de Mendeleev-Clapeyron y se divide por el número de Avogadro. Ahora miramos cuidadosamente el producto de la cantidad de sustancia por el número de Avogadro. Esto no es más que el número total de moléculas en el gas. Pero al mismo tiempo, la relación entre la constante universal de los gases y el número de Avogadro será igual a la constante de Boltzmann. Por lo tanto, las fórmulas para la presión se pueden escribir de la siguiente manera: p=NkT/V o p=nkT. Aquí el símbolo n es la concentración de partículas.
Procesos de gases ideales
En física molecular existen los isoprocesos. Estos son procesos termodinámicos que tienen lugar en el sistema en uno de los parámetros constantes. En este caso, la masa de la sustancia también debe permanecer constante. Veámoslos más específicamente. Entonces, las leyes de un gas ideal.
La presión se mantiene constante
Esta es la ley de Gay-Lussac. Se ve así: V/T=const. Se puede reescribir de otra forma: V=Vo (1 + at). Aquí a es igual a 1/273,15 K^-1 y se denomina "coeficiente de expansión de volumen". Podemos sustituir la temperatura tanto en Celsius como enla escala Kelvin. En este último caso, obtenemos la fórmula V=Voat.
El volumen se mantiene constante
Esta es la segunda ley de Gay-Lussac, más comúnmente conocida como ley de Charles. Se ve así: p/T=const. Hay otra formulación: p=po (1 + at). Las transformaciones se pueden llevar a cabo de acuerdo con el ejemplo anterior. Como puede ver, las leyes de los gases ideales a veces son bastante similares entre sí.
La temperatura se mantiene constante
Si la temperatura de un gas ideal permanece constante, entonces podemos obtener la ley de Boyle-Mariotte. Se puede escribir así: pV=const.
Concepto relacionado 2: Presión parcial
Digamos que tenemos un recipiente con gases. Será una mezcla. El sistema está en un estado de equilibrio térmico y los gases en sí mismos no reaccionan entre sí. Aquí N denotará el número total de moléculas. N1, N2 y así sucesivamente, respectivamente, el número de moléculas en cada uno de los componentes de la mezcla. Tomemos la fórmula de presión p=nkT=NkT/V. Se puede abrir para un caso específico. Para una mezcla de dos componentes, la fórmula tomará la forma: p=(N1 + N2) kT/V. Pero luego resulta que la presión total se sumará a partir de las presiones parciales de cada mezcla. Entonces, se verá como p1 + p2 y así sucesivamente. Estas serán las presiones parciales.
¿Para qué sirve?
La fórmula que obtuvimos indica que la presión en el sistema es de cada grupo de moléculas. Por cierto, no depende deotros. D alton se aprovechó de esto al formular la ley, más tarde nombrada en su honor: en una mezcla donde los gases no reaccionan químicamente entre sí, la presión total será igual a la suma de las presiones parciales.
