Return to TOCusers.abo.fi/jwerkeli/Handouts/12chapter5print.pdf · 8 Avsnitt 5.8 Verkliga gaser Return to TOC Copyright © Cengage Learning. All rights reserved 43 Verkliga gaser

1

Gaser

Kapitel 5

Kapitel 5

Innehåll

Copyright © Cengage Learning. All rights reserved 2

5.1 Tryck5.2 Gaslagarna från Boyle, Charles och Avogadro5.3 Den ideala gaslagen5.4 Stökiometri för gasfasreaktioner5.5 Daltons lag för partialtryck5.6 Den kinetiska gasteorin5.7 Effusion och Diffusion5.8 Verkliga gaser5.9 Egenskaper hos några verkliga gaser5.10 Atmosfärens kemi

Kapitel 5


Gaser: ett av tre aggregationstillstånd hos ämnen

Fast fas Flytande fas Gasfas

Avsnitt 5.1

Tryck

Return to TOC


Gasfas

1 mol N2vid 0°C har densiteten 0,0012 g/l och upptar 22,4 l.

Flytande fas

1 mol N2vid -196°C har densiteten 0,81 kg/l och upptar 0,035 l.

Avsnitt 5.1

Tryck

Return to TOC


Egenskaper hos en gas

kompressibelhelt löslig i andra gaserupptar jämt fördelat volymen av en behållareutövar tryck på sin omgivning

Avsnitt 5.1

Tryck

Return to TOC


Locket skruvas på efter att vatten kokats i metalldunken

2

Avsnitt 5.1

Tryck

Return to TOC


Tryck = kraft per area

Enheter:Pascal (Pa) (SI-enhet)Bar = 105 PaAtmosfär (atm)mm Hg = torr…

Normalt lufttryck vid havsytan

= 1 atm

= 101,3 kPa= 1,013 bar

= 760 mm Hg = 760 torr

Avsnitt 5.1

Tryck

Return to TOC

Torricelli’s barometer

(1600-tal)

Lufttrycket mäts enligt höjden på kvicksilverpelaren.

Avsnitt 5.1

Tryck

Return to TOC


Ett gastryck uppmäts till 2.5 atm. Vad motsvarar detta i torr och Pa?

Enhetskonvertering för tryckstorheter: ett exempel

Avsnitt 5.2

Gaslagarna från Boyle, Charles och Avogadro

Return to TOC


Demonstration: En ballong sänks ned i flytande kväve (-196 °C)

Avsnitt 5.2


Return to TOC


Demonstration: En ballong sänks ned i flytande kväve (-196 °C)

• Vad hände med gasen i ballongen?• En temperaturminskning hos ballongen följdes

av en volymminskning.• Detta är en observation (fakta).• Det förklarar INTE “varför det händer,” utan

beskriver endast “vad som händer.”

Avsnitt 5.2


Return to TOC

• Volymen och temperaturen (i Kelvin) är direkt proportionella (vid konstant P och n).

– K = °C + 273– 0 K är den absoluta nollpunkten


Charles lag

konstant

3

Avsnitt 5.2


Return to TOC


• Tryck och volym är omvänt proportionella (vid konstant T, temperatur, och n, antal mol gas).

Boyles lag

konstant

Avsnitt 5.2


Return to TOC


• Volym och substansmängd är direkt proportionella (vid konstant T och P)

Avogadros lag

konstant

Avsnitt 5.2


Return to TOC


Fyra storheter beskriver en gas kvantitativt:

• V = Volym (m3) • P = Tryck (Pa) • T = Temperatur (K) • n = Substansmängd (mol)

Avsnitt 5.3

Den ideala gaslagen

Return to TOC

• Temperatur, T (Charles lag)

• Tryck, P(Boyles lag)

• Substansmängd, n(Avogadros lag)

Genom att kombinera dessa gaslagar får vi

Ideala gaslagen:

R = allmänna gaskonstanten


• 3 storheter som påverkar gasens volym:

Avsnitt 5.3

Den ideala gaslagen

Return to TOC


En gas som strängt följer gaslagarna kallas en ideal gas.

Avsnitt 5.3

Den ideala gaslagen

Return to TOC


Gaskonstanten

R = gaskonstanten = naturkonstant

• Olika värde beroende på i vilka enheter den uttrycks

• Vi använder bl.a.:0,08206 l⋅atm /(mol⋅K) 8,3145 m3⋅Pa/(mol⋅K)8,3145 J /(mol⋅K)8,3145 kJ/(kmol⋅K)

4

Avsnitt 5.3

Den ideala gaslagen

Return to TOC


Övning

Vad är trycket i en 304,0 liters tank som innehåller 5,670 kg helium vid 25°C?

Avsnitt 5.4

Stökiometri för gasfasreaktioner

Return to TOC


Stökiometri

• Reaktioner i gasfas kan behandlas som i vattenlösningar om man tar i beaktande att

– Volymen inte alltid är konstant– Koncentrationer kan uttryckas som partialtryck

Avsnitt 5.4


Return to TOC


Materia

Heterogena Blandningar

Homogena Blandningar

Rena ämnen

Föreningar Grundämnen

Atomer

ElektronerKärnor

Protoner Neutroner

Kvarkar Kvarkar

Gasblandningar

Fysikaliska metoder

Fysikaliska metoder

Kemiska metoder

Avsnitt 5.4


Return to TOC


Övning

2,80 l metangas vid 25°C, 1,65 atm. och 35,0 l syrgas vid 31°C, 1,25 atm. blandas och antänds varpå det bildas koldioxid och vatten. Hur stor volym utgör koldioxiden i blandningen vid 125°C och 2,50 atm. om vi antar fullständig reaktion.

Avsnitt 5.4


Return to TOC


Molmassa & densitet ur idealgaslagen

ρ = gasens densitetT = temperaturen i KelvinP = gasens tryckR = den universella gaskonstanten

Avsnitt 5.4


Return to TOC


Övning

Vilken densitet har F2 vid NTP (i g/l)?

1,70 g/l

5

Avsnitt 5.5

Daltons lag för partialtryck

Return to TOC


• För en blandning av gaser i en behållare gäller att

PTotal = P1 + P2 + P3 + . . . • Det totala trycket i behållaren motsvarar

summan av trycken från de enskillda gaserna i blandningen om de vore ensamma i samma behållare.

Avsnitt 5.5


Return to TOC

ptot = p1 + p2 + .. + pn

Avsnitt 5.5


Return to TOC

Det totala trycket beror på den totala substansmängden

Avsnitt 5.5


Return to TOC


Övning

27,4 l syrgas vid 25,0°C och 1,30 atm samt 8,50 l helium vid 25,0°C och 2,00 atmleddes till en tank om 5,81 l vid 25°C.• Beräkna det nya partialtrycket syrgas.

6,13 atm• Beräkna det nya partialtrycket helium.

2,93 atm• Beräkna det nya totaltrycket av båda gaserna.

9,06 atm

Avsnitt 5.6

Den kinetiska gasteorin

Return to TOC


• Än så länge har vi sagt “vad” som händer med inget om “varför” det händer.

• I vetenskapen kommer alltid “vad” före “varför.”

Avsnitt 5.6


Return to TOC


Lagar och teorier

• Lagar:– Boyles lag: V ∝ 1/P– Charles lag: V ∝ T– Avogadros lag: V ∝ n

• Teori:– Den kinetiska gasteorin

Den ideala gaslagen

6

Avsnitt 5.6


Return to TOC


Lagar och teorier (se Kapitel 2)

• En lag: sammanfattar vad som sker• En teori: förklarar varför det sker

• Den kinetiska gasteorin förklarar den ideala gaslagen

• En teori är alltid en förenkling av verkligheten, den är i princip aldrig sann, men den kan likna sanningen – om den är bra.

Avsnitt 5.6


Return to TOC


Antaganden i kinetiska gasteorin

1. Gasmolekylernas andel av gasvolymen är noll.2. Gasens tryck orsakas av kollisioner mellan

gasmolekylerna och väggen3. Partiklar kollidererar aldrig och utövar inga

krafter på varandra.4. Gasmolekylernas kinetiska energi är direkt

proportionell mot den absoluta temperaturen.

Avsnitt 5.6


Return to TOC


Betydelsen av temperatur

Temperaturen (i Kelvin) är ett mått på gaspartiklars slumpvisa rörelser och kinetiska energi (KE)

Avsnitt 5.6


Return to TOC


urms = medelhastighet (root mean square velocity)

R = 8,3145 J/(K·mol) (J = joule = kg·m2/s2)T = Temperaturen på gasen (K)M = Molära massan hos gasen (kg/mol)

• Enheten blir m/s.

Gaspartiklarnas medelhastighet ur kinetiska gasteorin

Avsnitt 5.6


Return to TOC


En verklig gasmolekyls rörelse i en behållare

Avsnitt 5.6


Return to TOC

Hastighets-fördelningen hos kvävgasmolekyler vid tre olika temperaturer

7

Avsnitt 5.7

Effusion och Diffusion

Return to TOC


Effusion beskriver inflödet av en gas till en behållare i vakuum.

Diffusion är hastigheten med vilken gaser transporteras i varandra (blandas).

Avsnitt 5.7


Return to TOC


Diffusion: De relativa diffusionshastigheterna för NH3(g) and HCl(g) i luft visas då HCl(g) och NH3(g) möts och reagerar och det bildas en vit rök av fast NH4Cl(s).

Avsnitt 5.7


Return to TOC


Effusion:

Diffusion:

Diffusion och effusion är beroende av gasernas molmassa:

Avsnitt 5.7


Return to TOC


Avsnitt 5.8

Verkliga gaser

Return to TOC


• För 1 mol ideal gas vid 0°C och 1 atm, är volymen hos gasen 22.42 l.

• NTP = normal temperatur och tryck (STP = standard temperatur och tryck)

0°C (273 K) och 1 atmDen molära volymen är 22.42 l vid NTP.

Molära volymen hos en ideal gas

Avsnitt 5.8

Verkliga gaser

Return to TOC


8

Avsnitt 5.8

Verkliga gaser

Return to TOC


Verkliga gaser

Man måste korrigera idealgaslagen vid höga tryck och låga temperaturer.

• Vid högt tryck ökar partiklarnas andel av den totala volymen (antas vara noll i kinetiska gasteorin)

• Vid låga temperaturer ökar inverkan av mellanmolekylära krafter hos partiklarna (den kinetiska gasteorin försummar dessa krafter)

Avsnitt 5.8

Verkliga gaser

Return to TOC


PV/nRT borde vara lika med 1,här plottat mot trycket (P) för några verkliga gaser vid 200 K.

Avsnitt 5.8

Verkliga gaser

Return to TOC


PV/nRT borde vara lika med 1,här plottat mot trycket (P) för kvävgas vid tre olika temperaturer.

Avsnitt 5.8

Verkliga gaser

Return to TOC


Korrigering av Idealgaslagen för verkliga gaser

� �korrigerat tryck korrigerad volym

Pideal Videal

Avsnitt 5.9

Egenskaper hos några verkliga gaser

Return to TOC


• Hos en verklig gas är trycket alltid lägre än det förväntade trycket för en ideal gas. Det beror på de intermolekylära krafterna mellan partiklarna i den verkliga gasen.

Avsnitt 5.9

Egenskaper hos några verkliga gaser

Return to TOC


Värden på van der Waals konstanter för några gaser

• Värdet på konstanten motsvarar hur mycket volym (a) och tryck (b) måste korrigeras för att de observerade storheterna skall motsvara de ideala.

• Ett lågt värde på amotsvarar låga krafter mellan molekylerna i gasen.

Documents

Return to TOCusers.abo.fi/jwerkeli/Handouts/12chapter5print.pdf · 8 Avsnitt 5.8 Verkliga gaser Return to TOC Copyright © Cengage Learning. All rights reserved 43 Verkliga gaser