Przeczytaj

Warto przeczytać

Warunki normalne zdefiniowane są następująco:

Ciśnienie normalne: 101 325 PapaskalPa = 1013,25 hPa (średnie ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza).

Temperatura normalna: 273,15 KkelwinK, czyli $0 ° C$ (temperatura krzepnięcia wody przy ciśnieniu normalnym).

Należy podkreślić, że są to wartości umowne i w różnych podręcznikach mogą być definiowane inaczej. Należy zawsze upewnić się, co w danej publikacji autor uważa za warunki normalne.

Rozważ następujący problem: jaką objętość ma 1 molmolmol gazu w warunkach normalnych?

Korzystamy z równania Clapeyrona: $\frac{p_{0} \cdot V_{0}}{T_{0}} = n \cdot R$ , gdzie $p_{0}$ to ciśnienie normalne, $T_{0}$ – temperatura normalna, $n$ – liczba moli ( $n = 1$ ), $R$ – stała gazowa, a $V_{0}$ to szukana objętość 1 mola gazu. Mamy stąd:

V_{0} = \frac{n \cdot R \cdot T_{0}}{p_{0}} = \frac{1 \cdot 8,31 \cdot 273,15}{1,01325 \cdot 10^{5}} [\frac{m o l \cdot J}{m o l \cdot K} \cdot \frac{K \cdot m^{2}}{N}] = 22,4 \cdot 1 0^{- 3} m^{3} = 22,4 d m^{3}

Zauważ, że powyższy wynik nie zależy od rodzaju gazu pod warunkiem, że gaz można traktować jak gaz doskonały. Otrzymaliśmy więc ważny rezultat:

1 molmolmol każdego gazu ma w warunkach normalnych objętość $22,4 {d m}^{3}$ (22,4 litra).

Rozwiążemy teraz problem postawiony we wstępie: jaka jest gęstośćgęstośćgęstość gazu $ρ$ w dowolnej temperaturze $T$ i pod dowolnym ciśnieniem $p$ , jeśli z tablic odczytaliśmy gęstość $ρ_{0}$ tego gazu w warunkach normalnych (temperatura $T_{0}$ i ciśnienie $p_{0}$ )?

Gęstość to iloraz masy i objętości gazu, $ρ = \frac{m}{V}$ . Korzystamy z równania stanurównanie stanurównania stanu gazu $\frac{p_{0} \cdot V_{0}}{T_{0}} = \frac{p \cdot V}{T}$ , aby obliczyć objętość: $V = \frac{p_{0} \cdot V_{0} \cdot T}{T_{0} \cdot p}$ . Stąd gęstość $ρ = \frac{m \cdot T_{0} \cdot p}{V_{0} \cdot p_{0} \cdot T}$ . Gęstość gazu w stanie normalnym $ρ_{0} = \frac{m}{V_{0}}$ , więc $ρ = ρ_{0} \cdot \frac{T_{0} \cdot p}{p_{0} \cdot T}$ .

Pytanie 1:

Jaka jest gęstośćgęstośćgęstość azotu w komorze próżniowej przy ciśnieniu 100 Pa i temperaturze 420 K? Gęstość tablicowa azotu (w warunkach normalnych) wynosi $1,251 {g / dm}^{3}$ .

Odpowiedź:

ρ = 1,251 g / {dm}^{3} \cdot \frac{273,15 K \cdot 10^{2} Pa}{1,01325 \cdot 10^{5} Pa \cdot 420 K} = 0,0008 g / {d m}^{3} = 8 \cdot 10^{- 4} g / {dm}^{3}

Nie musimy tu zamieniać jednostek gęstości na jednostki z układu SI, ponieważ jednostki ciśnienia i temperatury we wzorze na gęstość skracają się i zostaje tylko jednostka gęstości. Bezpieczniej jednak używać wszystkich jednostek w układzie SI, wtedy na pewno się nie pomylimy.

Pytanie 2:

Jaka jest gęstość chloru w temperaturze $-20 ° C$ , przy ciśnieniu 1500 hPa? Gęstość tablicowa chloru (w warunkach normalnych) wynosi $3,220 {g / dm}^{3}$ .

Odpowiedź: Zamieniamy temperaturę w skali Celsjusza na temperaturę w skali bezwzględnej $T = - 20 ° C + 273,15 K = 253,15 K$

ρ = 3,220 g / {dm}^{3} \cdot \frac{273,15 K \cdot 1,5 \cdot 10^{5} P a}{1,01325 \cdot 10^{5} P a \cdot 253,15 K} = 5,143 g / {dm}^{3}

Słowniczek

mol

ilość substancji, której masa wyrażona w gramach jest liczbowo równa masie atomowej lub cząsteczkowej (masa molowa).

liczba Avogadro

liczba atomów lub cząsteczek substancji zawartych w jednym molu tej substancji, wynosi $6,02 \cdot 10^{23}$ .

gęstość

masa jednostki objętości danej substancji. Obliczamy ją dzieląc masę przez objętość: $ρ = \frac{m}{V}$ .

paskal

jednostka ciśnienia, 1 Pa to ciśnienie wywierane przez siłę 1 N na powierzchnię $1 m^{2}$ : $1 P a = \frac{1 N}{1 m^{2}}$ .

kelwin

jednostka temperatury w skali bezwzględnej. 0 K oznacza najniższą teoretycznie możliwą temperaturę, jaką może mieć ciało. Jest to temperatura, w której według fizyki klasycznej ustałyby wszelkie drgania cząsteczek. Przyrost temperatury o 1 K jest tożsamy z przyrostem o $1 ° C$ . Aby otrzymać temperaturę w skali Kelvina (skali bezwzględnej), $T$ , należy do temperatury w skali Celsjusza, $t$ , dodać 273,15 K: $T = t + 273,15 K$ .

równanie stanu

wzajemny związek między parametrami układu termodynamicznego, takimi jak ciśnienie, temperatura, ilość (lub gęstość) materii, objętość. Dla gazu doskonałego równaniem stanu jest równanie Clapeyrona,

\frac{p \cdot V}{T} = n \cdot R

gdzie $p$ to ciśnienie, $T$ – temperatura, $V$ – objętość, $n$ – liczba moli, $R$ – stała gazowa.

Wprowadzenie

Grafika interaktywna (schemat)

Warto przeczytać

Słowniczek