Inhoud
- TL; DR (te lang; niet gelezen)
- De ideale gaswet
- Wat als een gas niet ideaal is
- Hoe druk varieert met temperatuur
In tegenstelling tot moleculen in een vloeistof of vaste stof, kunnen die in een gas vrij bewegen in de ruimte waarin u ze opsluit. Ze vliegen rond en botsen soms tegen elkaar en tegen de containerwanden. De collectieve druk die ze uitoefenen op de containerwanden hangt af van de hoeveelheid energie die ze hebben. Ze halen energie uit de hitte in hun omgeving, dus als de temperatuur stijgt, stijgt ook de druk. In feite zijn de twee hoeveelheden gerelateerd door de ideale gaswet.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
In een stijve container varieert de door een gas uitgeoefende druk direct met de temperatuur. Als de container niet stijf is, variëren zowel volume als druk met de temperatuur volgens de ideale gaswet.
De ideale gaswet
Over een periode van jaren afgeleid door het experimentele werk van een aantal individuen, volgt de ideale gaswet uit de wet van Boyles en de Charles en Gay-Lussac-wet. De eerste stelt dat bij een gegeven temperatuur (T) de druk (P) van een gas vermenigvuldigd met het volume (V) dat het inneemt constant is. De laatste vertelt ons dat wanneer de massa van het gas (n) constant wordt gehouden, het volume recht evenredig is met de temperatuur. In zijn definitieve vorm bepaalt de ideale gaswet:
PV = nRT, waarbij R een constante is, de ideale gasconstante.
Als u de massa van het gas en het volume van de container constant houdt, vertelt deze relatie u dat de druk rechtstreeks varieert met de temperatuur. Als u verschillende waarden van temperatuur en druk in een grafiek zou weergeven, zou de grafiek een rechte lijn zijn met een positieve helling.
Wat als een gas niet ideaal is
Een ideaal gas is een gas waarvan wordt aangenomen dat de deeltjes perfect elastisch zijn en elkaar niet aantrekken of afstoten. Bovendien wordt aangenomen dat de gasdeeltjes zelf geen volume hebben. Hoewel geen echt gas aan deze voorwaarden voldoet, komen velen dichtbij genoeg om het mogelijk te maken deze relatie toe te passen. U moet echter rekening houden met factoren uit de echte wereld wanneer de druk of massa van het gas erg hoog wordt of het volume en de temperatuur erg laag worden. Voor de meeste toepassingen bij kamertemperatuur biedt de ideale gaswet een goede benadering van het gedrag van de meeste gassen.
Hoe druk varieert met temperatuur
Zolang het volume en de massa van het gas constant zijn, wordt de relatie tussen druk en temperatuur P = KT, waarbij K een constante is die is afgeleid van het volume, het aantal mol gas en de ideale gasconstante. Als u een gas dat voldoet aan de ideale gasomstandigheden in een container met stijve wanden doet, zodat het volume niet kan veranderen, de container afdicht en de druk op de wanden van de container meet, ziet u het afnemen naarmate u de temperatuur verlaagt. Omdat deze relatie lineair is, hebt u slechts twee metingen van temperatuur en druk nodig om een lijn te trekken van waaruit u de druk van het gas bij elke gegeven temperatuur kunt extrapoleren.
Deze lineaire relatie wordt afgebroken bij zeer lage temperaturen wanneer de imperfecte elasticiteit van de gasmoleculen belangrijk genoeg wordt om de resultaten te beïnvloeden, maar de druk zal nog steeds afnemen als u de temperatuur verlaagt. De relatie zal ook niet-lineair zijn als de gasmoleculen groot genoeg zijn om te voorkomen dat het gas als ideaal wordt geclassificeerd.