jednadžba stanja idealnog plina

Download Report

Transcript jednadžba stanja idealnog plina

1

.

MAKROSKOPSKO PONAŠANJE IDEALNOG PLINA

Jednadžba stanja idealnog plina

JEDNADŽBA STANJA IDEALNOG PLINA

Idealni plin

je idealizirano stanje u kojem mnoštvo identičnih čestica ima samo kinetičku, a ne i potencijalnu energiju.

Za mol plina pri 0 o C i normalnom tlaku vrijedi:

T o =

273,15 K,

p o =

1,013  10 5 Pa,

V o =

22,14  10 -3 m 3

p o V o T o

 1 , 013  10 5 Pa  22,414  10 -3 m 3 273,15 K  8 , 314 J K 1 mol 1

R =

8,314 J K -1 mol -1

opća plinska konstanta

pV T

R

JEDNADŽBA STANJA IDEALNOG PLINA

Jednadžba stanja plina sadrži u sebi izobarnu, izhornu i izotermnu promjenu stanja plina:

p 1 = p 2 V

1

T

1 

V

2

T

2 izobarna promjena stanja plina

V 1 = V 2

izohorna promjena stanja plina

p

1

T

1 

p T

2 2

T 1 = T 2

izotermna promjena stanja plina

p

1

V

1 

p

2

V

2

Za

n

mola plina vrijedi:

pV T

nR n

m M pV

m M RT pV = nRT M -

molarna masa

m =

V p

 

M RT

-

gustoća plina

n

N N A pV

N N A RT N A =

6,022  10 23 mol -1

Avogadrova konstanta

k B

R N A

 8 , 314 J K -1 mol -1 6,022  10 23 mol 1  1 , 38  10  23 J K 1

Boltzmannova konstanta

pV = k B NT

Avogadrov zakon

pV = k B NT

N

pV k B T

Broj molekula plina (

N

), koje se pri temperaturi

T

i tlaku

p

nalaze u obujmu

V

neovisan je o vrsti plina.

Primjer:

S bocom obujma 300 cm 3 zaronimo do dubine 10 m držeći bocu okrenutu otvorom prema dolje. Koliko će vode (u kg) ući u bocu na toj dubini? Temperatura zraka na površini mora je 30 o C, a njegov tlak 101 300 Pa. Temperatura mora na dubini 10 m je 15 o C , a njegova gustoća 1 030 kg m -3 .

Rješenje:

V 1 =

300 cm

h =

10 m 3

t 1 p a =

30 o C ,

T 1 = =

101 300 Pa 303 K

t 2

= =

15 o C ,

T 2

1 030 kgm -3

=

288 K

m = ?

p

1

V

1

T

1 

p

2

V

2

T

2

V

2  

p a p

a T

2

V

1 

gh

T

1 101 300 Pa  101 300 Pa   288 K 1 030 kg m  3   300 cm 3 9 .

81 m

s

 2   303 K

V 2 =

143 cm 3 ,

p a V

1

T

1  

p a

 

gh

V

2

T

2

V = V 1 – V 2 =

300 cm 3 -143 cm 3 = 157 cm 3 

V =

157  10 -6 m 3

m =

  

V =

1030 kg m -3  157  10 -6 m 3

m =

0,162 kg

Primjer:

Iz elektronske cijevi obujma 100 cm 3 isisan je pri temperaturi 20 o C plin do tlaka 1,59  10 -3 Pa. Koliko je molekula plina preostalo u cijevi?

Rješenje:

V =

100 cm 3

=

10 -4 m

t 1 =

20 o C ,

T =

293 K

p =

1,59  10 -3 Pa 3

N = ?

pV

k B NT N

pV k B T

 1 , 59  10  3 1,38  10 23 Pa J K  10 -4 m 3 1  293 K

N =

3,93  10 13

Zadatak 1:

Gustoća kisika pri temperaturi 0 o C tlaku 1,013  10 5 Pa je 1,43 kg m -3 . Odredite gustoću kisika pri temperaturi 40 o C i tlaku 9,6  10 4 Pa.

Rješenje:

1 =

1,43 kg m -3

t 1 =

0 o C

, T 1 p 1 =

1,013  10 5

=

273 K Pa

t 2 =

40 o C

, T 2 =

313 K 

2 =?

p

1

V

1

T

1  2

p

2

V

2

T

2 

T

1

p

2

T

2

p

1  1

, p

1

m

 1

T

1 

p

2

T

2

m

 2  273 K  9,6  10 4 Pa 313 K  1,013  10 5 Pa  1 , 43 kg m 3 

2 =

1,18 kg m -3

Zadatak 2:

U balonu se nalazi zrak pri temperaturi 20 o C i tlaku 1,02  10 5 Pa. Za koliko će se povećati obujam balona ako se, uz stalnu temperaturu i stalan tlak, u balon ubaci još 1 g zraka?

Molarna masa plinova u zraku je 0,029 kg mol -1 .

Rješenje:

t =

20 o C

, T = p =

1,02  10 5 Pa 293 K 

m =

1 g

=

0,001 kg

M =

0,029 kg mol -1 

V = ?

pV

V

 

m M

m RT RT pM V

m pM RT

 0 , 001 kg 1 , 02  10 5 Pa  0 , 029 kg mol 1  8 , 314 J K 1 mol 1  293 K 

V =

0,82 dm 3