•••Tatomm / iStock / GettyImages
Στην καθημερινή σας ζωή, πιθανότατα θεωρείτε δεδομένο το γεγονός ότι περιβάλλεται από αέρια, γενικά με τη μορφή αέρα, αλλά μερικές φορές με άλλες μορφές. Είτε πρόκειται για το μπουκέτο με μπαλόνια ηλίου που αγοράζετε για ένα αγαπημένο σας πρόσωπο είτε για τον αέρα που βάζετε στα ελαστικά του αυτοκινήτου σας, τα αέρια πρέπει να συμπεριφέρονται με προβλέψιμο τρόπο για να τα χρησιμοποιήσετε.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Τα αέρια συμπεριφέρονται γενικά με τρόπο που περιγράφεται από τον Νόμο περί Ιδανικού Αερίου. Τα άτομα ή τα μόρια που συνθέτουν το αέριο συγκρούονται μεταξύ τους, αλλά δεν προσελκύονται μεταξύ τους όπως με τη δημιουργία νέων χημικών ενώσεων. Η κινητική ενέργεια είναι ο τύπος ενέργειας που σχετίζεται με την κίνηση αυτών των ατόμων ή μορίων. Αυτό κάνει την ενέργεια που σχετίζεται με το αέριο να αντιδρά στις αλλαγές της θερμοκρασίας. Για μια δεδομένη ποσότητα αερίου, μια πτώση της θερμοκρασίας θα προκαλέσει πτώση της πίεσης εάν όλες οι άλλες μεταβλητές παραμένουν σταθερές.
Οι χημικές και φυσικές ιδιότητες κάθε αερίου διαφέρουν από αυτές των άλλων αερίων. Αρκετοί επιστήμονες μεταξύ του 17ου και του 19ου αιώνα έκαναν παρατηρήσεις που εξήγησαν τη γενική συμπεριφορά πολλών αερίων υπό ελεγχόμενες συνθήκες. Τα ευρήματά τους έγιναν η βάση αυτού που είναι τώρα γνωστό ως Νόμος περί Ιδανικού Αερίου.
Η φόρμουλα Ideal Gas Law έχει ως εξής:
PV = nRT = NkT
όπου,
- P = απόλυτη πίεση
- V = όγκος
- n = αριθμός γραμμομορίων
- R = σταθερή καθολικού αερίου = 8,3145 Joules ανά mole πολλαπλασιαζόμενη με μονάδες θερμοκρασίας Kelvin, συχνά εκφραζόμενη ως "8.3145 J / mol K"
- T = απόλυτη θερμοκρασία
- N = αριθμός μορίων
- k = Σταθερή Boltzmann = 1,38066 x 10-23 Joules ανά Kelvin μονάδες θερμοκρασίας
- ΝΕΝΑ = Αριθμός Avogadro = 6.0221 x 1023 μόρια ανά γραμμομόριο
Χρησιμοποιώντας τον τύπο για τον Νόμο περί Ιδανικού Αερίου - και λίγη άλγεβρα - μπορείτε να υπολογίσετε πώς μια αλλαγή στη θερμοκρασία θα επηρέαζε την πίεση ενός σταθερού δείγματος αερίου. Χρησιμοποιώντας τη μεταβατική ιδιότητα, μπορείτε να εκφράσετε την έκφραση:
PV = nRT \ υποδηλώνει \ frac {PV} {nR} = T
Δεδομένου ότι ο αριθμός των γραμμομορίων, ή η ποσότητα των μορίων αερίου, διατηρείται σταθερός και ο αριθμός των γραμμομορίων πολλαπλασιάζεται με μια σταθερά, οποιεσδήποτε αλλαγές στη θερμοκρασία θα επηρεάσουν την πίεση, τον όγκο ή και τα δύο ταυτόχρονα για ένα δεδομένο δείγμα αέριο.
Ομοίως, μπορείτε επίσης να εκφράσετε τον τύπο με έναν τρόπο που υπολογίζει την πίεση. Αυτός ο ισοδύναμος τύπος:
P = \ frac {nRT} {V}
δείχνει ότι μια αλλαγή στην πίεση, όλα τα άλλα πράγματα που παραμένουν σταθερά, θα αλλάξει αναλογικά τη θερμοκρασία του αερίου.