Upload
others
View
7
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije Sveučilišta u Zagrebu
Seminar 06
Plinski zakoni
dr. sc. Biserka Tkalčecdr. sc. Lidija Furač
PLINSKI ZAKONI
Pri normalnim uvjetima tlaka i temperature :
11 elemenata su plinovi koji se pojavljuju u monoatomnom ili
dvoatomnom obliku
PLINSKI ZAKONI
Plin
- tvar koja poprima oblik i volumen posude (prostora) u kojoj se nalazi
- lako se komprimira i ekspandira
- puno je manje gustoće od čvrstih tvari i tekućina, npr:ρ (Cu)20
0C = 8 850 g/dm3
ρ (H2O)200C = 998,2 g/dm3
ρ (zrak)200C, 1 bar = 1,184 g/dm3
Idealni plin - značajke
PLINSKI ZAKONI
1. V (plina) >> Σ V (pojedinih molekula plina)
2. V (1 molekule plina) ≈ 0
intermolekulske sile (Van der Waalsove sile) = 0
- pri niskom tlaku, p, i visokoj temperaturi, T, može se pretpostavitida se plinovi ponašaju kao idealni plinovi
PLINSKI ZAKONI
Tlak plina
-Tlak plina, p, je posljedica udaranja molekulaplina, koje su u stalnom gibanju, o stijenku posude
-Tlak plina, p, ovisi o broju i brzini gibanjamolekula plina
p = F /A [Nm-2 = Pa]
PLINSKI ZAKONIBOYLE – MARIOTTEOV ZAKON: ovisnost između tlaka
plina, p, i volumena plina, V,(p x V )T,n = konstanta uz stalnu temperaturu, T, i
množinu, n, plinaUmnožak tlaka i volumena plina uz konstantnu temperaturu i količinu plina je stalan
tj. Volumen plina pri stalnoj temperaturi i množini plina obrnuto je
proprocionalan tlaku!
(p x V )T,n = konst.
(p x V )T,n = (p1 x V1)T,n
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 50 100 150 200 250
p / Pa
V / d
m3
1.
PLINSKI ZAKONI
CHARLES GAY – LUSSACOV ZAKON:
a) Promjena volumena plina, ovisno o promjeni temperature, uz stalni tlak i množinu plina:
Volumen određene količine plina pri stalnom tlaku poveća se zagrijavanjem za svaki 0C za 1/273 volumena što ga je plin imao pri 0 0C:
2.
)C15,273(C15,273C15,273 ,
00
0,0
00, npnpnp tVtVVV +=⋅+=
konst.C15,273 0
0 =V
npnp TV
TV
,1
1, )()( =
npnp Tt ,,0C15,273 =+
kako je:
npnp TV ,x, konstanta=
PLINSKI ZAKONI
V
t / 0C T / K
V
p1
2p
3p4p
- 273,15 C0
1p
p2
p3
p4
Volumen,V, određene množine plina, n, pri konstantnom tlaku, p, upravnoje proporcionalan termodinamičkoj temperaturi,T, pri tom tlaku i
množini plina!
PLINSKI ZAKONIb) Promjena tlaka plina, ovisno o promjeni temperature, uz stalni
volumen i množinu plina:
Tlak određene količine plina pri stalnom volumenu poveća se zagrijavanjemza svaki ºC za 1/273 tlaka što ga je plin imao pri 0 ºC:
)C15,273(C15,273C15,273 ,
00
0,0
00, nVnVnV tptppp +=⋅+=
kako je:konst.C15,273 0
0 =p
nVnV Tt ,,0C15,273 =+
nVnV Tp ,x, konstanta= nVnV Tp
Tp
,1
1, )()( =
Tlak, p, određene količine plina, n, pri konstantnom volumenu,V, upravno je proporcionalan termodinamičkoj
temperaturi,T, pri tom volumenu i množini plina!
PLINSKI ZAKONI3. AVOGADROV ZAKON: ovisnost između volumena plina, V,
i množine plina, n, uz stalnu temperaturu, T, i tlak, p
a) Volumen plina pri konstantnoj temperaturi, T, i tlaku, p, određen je množinom plina, n
b) Jednaki volumeni različitih plinova pri istom tlaku, p, i temperaturi, T, sadrže jednaku količinu (množinu) plina, n, odnosno, pri jednakim uvjetima tlaka, p, i temperature, T,različiti plinovi zauzimaju jednaki volumen, V.
nV ⋅= konstanta
PLINSKI ZAKONI
1. Boyle – Mariotteov zakon
2. Gay - Lussacov zakoni
3. Avogadrov zakon
Jednadžba stanja idelanog plina
PLINSKI ZAKONI
PLINSKI ZAKONI
p ۰V = n ۰ R ۰ T
JEDNADŽBA STANJA IDEALNOG PLINA
standardni ili normalni uvjeti tlaka i temperature za plinovito stanje
n (plin) = 1 mol
K15,2730 =TPa1013250 =p
130
0m moldm414,22 −==
nVV
Standardni molarni volumen plina,Vm0=22,414 dm3 mol-1
PLINSKI ZAKONI
R MOLARNA PLINSKA KONSTANTA, dobije se uvrštenjem p 0, T 0 i Vm
0 u jednadžbu stanja idealnog plina
0
00
TVpR ⋅
=
K273,15molm1022,314smkg325101 -13321 −−− ⋅⋅
=R
R = 8,314 J K-1 mol-1 = 8,314 Pa m3 K-1 mol-1
PLINSKI ZAKONI
GUSTOĆA PLINA, ρ
pV = n R T n = m / M
m/V = ρ
ρ = p M / R T
Jednadžba idealnog plina
pV = (m/M ) ∙ R T pM = (m/V ) ∙ R T
pM = ρ R T
kako je:
PLINSKI ZAKONI
Omjer gustoća dvaju plinova pri jednakom tlaku, p, i temperaturi, T, jednak je omjeru njihovih molarnih masa.
Plin B
ρ (A)p,T = p M (A)/ R T
Plin A
ρ (B)p,T = p M (B)/ R T
ρ (A)p,T p M (A)/ R T=
ρ (B)p,T p M (B)/ R T
ρ (A)p,T M (A)=
ρ (B)p,T M (B)
:
PLINSKI ZAKONI- plinske smjese
4. DALTONOV ZAKON parcijalnih tlakova :
U smjesi svaki plin zauzima ukupni volumen posude V, jer se plinovi potpuno miješaju.
Stoga se svakom plinu u smjesi može pripisati određeni tlak, tzv.parcijalni tlak (pi ), odnosno tlak koji bi plin imao kada bi sam ispunjavao taj volumen posude, V.
Prema tome, ukupni tlak (p) u posudi jednak je sumi parcijalnih tlakova plinova u smjesi :
p = Σ p iUkupni tlak plinske smjese
PLINSKI ZAKONI-plinske smjese
p i = x i ۰p
p = x (crvene molekule) ۰p+
x (žute molekule) ۰p
DALTONOV ZAKON parcijalnih tlakova
Parcijalni tlak svakog plina, p i, u smjesi, upravno je proporcionalan množinskom udjelu, x i, toga plina u smjesi:
Kako količinski udio jednog plina u smjesi raste, tako i ukupni tlak plinske smjese sve više ovisi o parcijalnom tlaku toga plina. (Na slici, odozgo prema dolje, to je količinski udio i parcijalni tlak plina označenog crvenimkuglicama.)
PLINSKI ZAKONI-plinske smjeseIz primjera s prethodnog slajda:
a) Boyle-Mariotteov zakon:
ili
V i = parcijalni volumen plina tj. volumen koji bi plin imao da je stlačen na tlak plinske smjese p.
Za plin u plinskoj smjesi također vrijede:
ii VpVp ⋅=⋅ VV
pp ii =
V = Σ V iUkupni volumen plinske smjese
PLINSKI ZAKONI-plinske smjese
b) Avogadrov zakon:
x i = količinsk i udio plina u smjesiϕ i = volumni udio plina u smjesiV i = parcijalni volumen plina u smjesipi = parcijalni tlak plina u smjesiV = volumen smjesep = tlak smjese
V i = x i · V
V i = φ i · Vodnosno
p i = x i · p
p i = φ i · p
x i = ϕ i
PLINSKI ZAKONI-plinske smjese
Molarna masa, M, plinske smjese
Svaka komponenta plinske smjese, i, doprinosi molarnoj masi, M , plinske smjese svojom molarnom
masom, M i, proporcionalno svojem volumnom udjelu, φ i, odnosno množinskom udjelom, x i.
M (plinska smjesa) = Σ x i ∙ M i
PLINSKI ZAKONI-plinske smjesePrimjer : Zrak je smjesa plinova: dušika, kisika, plemenitih plinova (uglavnom argona) i ugljikova(IV) oksida. Prosječni množinski (volumni) udjeli pojedinih plinova u čistom zraku su: x (N2) = 78,08 %, x (O2) = 20,95 %, x (Ar) = 0,94 %x (CO2) = 0,03 %.Izračunajte prosječnu molarnu masu čistog zraka!
M (zrak) = x ( N2) ∙ M (N2) + x (O2) ∙ M (O2) + x (Ar) ∙ M (Ar) ++ x (CO2) ∙ M (CO2)
M (zrak) = 0,7808 ∙ 28,01 g/mol + 0,2095 ∙ 31,98 g/mol + 0,0094 ∙ 39,95 g/mol + + 0,0003 ∙ 43,99 g/mol
M (zrak) = 28,96 g/mol
PLINSKI ZAKONI
Boyle – Mariotteov zakon
Gay - Lussacovi zakoni
Avogadrov zakon
Jednadžba stanja idelanog plinaStandardni molarni volumen plina,V 0Molarna plinska konstanta, RGustoća plina, ρPlinske smjeseDaltonov zakon parcijalnih tlakovaParcijalni tlak plina, p iParcijalni volumen plina, V iKoličinski udio plina u plinskoj smjesi, x iVolumni udio plina u plinskoj smjesi, φ iMolarna masa plinske smjese, M
Domaća zadaća1. M. Sikirica: Stehiometrija:
a) pročitati i proučiti poglavlje IX.: (str. 131 – 141)
b) zadatci: 6.14.;6.52.; 6.86; 6.91.; 6.94.
2. I. Filipović: Opća i anorganska kemija I
a) pročitati i proučiti poglavlje 9.: (str. 481 – 490)
3. Preporuka: M. Sikirica, Stehiometrija, 6.1. – 6.41.; 6.43; 6.47.; 6.53;6.55.; 6.58.; 6.59.; 6.60.; 6.61.; 6.72.; 6.78.; 6.87.; 6.88.; 6.89.; 6.95.