Fysiikka 2: luku 4 Kaasut
Ideaalikaasu
on malli kaasuille. Todellista kaasua kutsutaan reaalikaasuksi. Ideaalikaasuille
voidaan johtaa yleinen tilanyhtälö. Ideaalikaasu poikkeaa monessa suhteessa
reaalikaasusta, ja siksi tilanyhtälön pätevyys on rajallinen. Huoneenlämpötilassa
ja normaalipaineessa useimmat reaalikaasut kuitenkin käyttäytyvät lähes
ideaalikaasun tavoin.
Reaalikaasujen ja ideaalikaasujen erot
-
monet kaasut ovat seoksia. Puhtaat
reaalikaasut koostuvat samoista atomeista tai molekyyleistä. Ideaalikaasussa on
sen sijaan vain yhdenlaisia rakenneosasia.
-
reaalikaasujen molekyylien
suuruusluokka on 10-10m. Hiukkasiin kohdistuu myös paino.
Ideaalikaasun rakenneosat sen sijaan ovat pistemäisiä.
-
reaalikaasun rakenneosasilla on
lämpöliikettä: myös virtaukset ovat mahdollisia. Ideaalikaasun rakenneosasten
lämpöliike on satunnaista.
-
reaalikaasun rakenneosasten
välillä on sähkömagneettinen vuorovaikutus, kun taas ideaalikaasun
rakenneosaset vuorovaikuttavat vain törmäysten kautta.
-
reaalikaasussa törmäykset voivat
olla kimmoisia tai kimmottomia, kun taas ideaalikaasun rakenneosasten välillä
on vain kimmoisia törmäyksiä.
-
reaalikaasun rakenneosasten liike
on törmäysten välillä lähes suoraviivaista, kun taas ideaalikaasun
rakenneosaset liikkuvat törmäysten välillä vakionopeudella ja suoraviivaisesti.
Kaasujen tilanyhtälöt
Kaasun
tilan määräävät sen paine, tilavuus ja lämpötila. Kun kaasun paine kasvaa, sen
tilavuus pienenee. Boylen lain mukaan kaasun tilanmuutos on isoterminen, jos
sen lämpötila pysyy vakiona. Eli pV = vakio. Jauhelihapakkauksessa käytetään
suojakaasuna hapen ja hiilidioksidin seosta. Happi auttaa lihaa pysymään
väriltään punaisena.
Charlesin
lain mukaan kaasun tilanmuutos on isokoorinen, jos sen tilavuus pysyy vakiona.
Eli p/T = vakio. Gay-Lussacin lain mukaan kaasun tilanmuutos on isobaarinen,
jos sen paine pysyy vakiona. Eli V/T = vakio. Gay-Lussacin lain mukaan kaasun
tilavuus pienenee lämpötilan laskiessa.
Ideaalikaasun tilanyhtälö
pV/T = vakio
Ideaalikaasun tilanyhtälö on
pV/T = nR eli pV = nRT
jossa R on 8,314510 J/(mol*K)
Avogadron
lain mukaan samassa lämpötilassa ja paineessa yhtä suuret tilavuudet eri
kaasuja sisältävät yhtä monta molekyyliä.
Kaasun normaalitila (NTP-olosuhteet)
NTP-olosuhteissa
on sovittu tila, jossa lämpötila on 273,15 K ja paine on 101325 Pa eli normaali
ilmanpaine. Jos NTP-tilassa ideaalikaasua on yksi mooli, se vaatii tilavuuden
22,41410 dm3 eli normaalitilavuus on 22,41410 l/mol. Jos kaasun
ainemäärä tunnetaan, ideaalikaasun tilanyhtälö voidaan ilmaista moolisen
kaasuvakion R avulla.
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti