- 数式と単位
- ボイル・マリオットの法則
- チャールズゲイルサック法
- アボガドロの法則
- 理想的なガスの法則は何を述べていますか？
- 用途
- ガスの密度とモル質量の計算
- 化学反応で生成されるガスの体積の計算
- 混合物中に存在するガスの分圧の計算
- 水中に収集されたガスの量
- 計算例
- 演習1
- 演習2
- 演習3
- 演習4
- 参考文献
理想気体法則は、理想気体に関連する状態の関数との間の関係を記述する状態方程式です。温度、圧力、体積、モル数など。この法則により、理想的なバージョンと比較することにより、実際の気体システムを研究できます。
理想的なガスは、ランダムに移動する点または球形の粒子で構成される理論上のガスです。運動エネルギーが高い場合、それらの間の唯一の相互作用は完全に弾性衝撃です。さらに、それらは理想的なガスの法律に準拠しています。
理想的なガスの法則は、多くの実際のガスシステムの研究と理解を可能にします。出典：Pxhere。
標準の圧力と温度（STP）では、1 atmの圧力と0°Cの温度で、実際のガスのほとんどは理想的なガスとして定性的に動作します。それらの密度が低い限り。分子間距離または原子間距離（希ガスの場合）が大きいと、このような近似が容易になります。
STP条件下では、酸素、窒素、水素、希ガス、および二酸化炭素などの一部の複合ガスは、理想的なガスのように動作します。
理想的なガスモデルは、低温、高圧、高粒子密度で失敗する傾向があります。分子間相互作用や粒子サイズが重要になるとき。
理想的なガスの法則は、ボイルとマリオットの法則、チャールズとゲイ-ルサックの法則、アボガドロの法則の3つのガスの法則の合成です。
数式と単位
気体の法則は、数式で数学的に表現されます。
PV = nRT
ここで、Pはガスによって加えられる圧力です。通常は、大気（atm）の単位で表されますが、mmHg、パスカル、バーなどの他の単位で表すこともできます。
ガスが占める体積Vは、通常、リットル（L）の単位で表されます。nはモル数、Rは普遍的な気体定数、Tはケルビン（K）で表した温度です。
Rのガスで最も使用される式は、0.08206 L・atm・K -1・mol -1です。ガス定数のSI単位の値は8.3145 J・mol -1・K -1ですが。他の変数（P、T、V）の単位に注意している限り、どちらも有効です。
理想的なガスの法則は、ボイルマリオットの法則、チャールズゲイルサックの法則、およびアボガドロの法則を組み合わせたものです。
ボイル・マリオットの法則
容器の容積を減らすことによる圧力の増加。出典：GabrielBolívar
物理学者のロバート・ボイル（1662）と物理学者で植物学者のエドメ・マリオット（1676）が独自に作成した。法則は次のように述べられています。一定の温度で、ガスの固定質量の体積は、それが及ぼす圧力に反比例します。
PV ∝ k
コロンを使用する：
P 1 V 1 = P 2 V 2
チャールズゲイルサック法
中国のランタンまたは風船を願っています。出典：Pxhere。
この法律は1803年にゲイルサックによって公開されましたが、ジャックチャールズ（1787）による未公開の著作物を参照していました。このため、法律はチャールズの法則として知られています。
法則によると、一定の圧力では、ガスが占める体積とその温度の間には比例関係が存在します。
V ∝ k 2 T
コロンを使用する：
V 1 / T 1 = V 2 / T 2
V 1 T 2 = V 2 T 1
アボガドロの法則
この法律は1811年にアマデオアボガドロによって発表され、同じ圧力と温度で等しい量のすべてのガスが同じ数の分子を持っていることを指摘しました。
V 1 / n 1 = V 2 / n 2
理想的なガスの法則は何を述べていますか？
理想的なガスの法則は、ガスの4つの独立した物理的特性、つまり圧力、体積、温度、およびガスの量の間の関係を確立します。残りの1つを取得できるようにするには、それらのうち3つの値を知っていれば十分です。
法律は、いつガスが理想的に振る舞うか、いつガスがこの振る舞いから離れるかを示す条件を定めています。
たとえば、いわゆる圧縮係数（PV / nRT）の値は、理想的なガスに対して1です。圧縮係数の値1からの逸脱は、ガスの動作が理想的なガスで示される動作から離れていることを示します。
したがって、モデルに従って動作しないガスに理想ガス方程式を適用すると、間違いが発生します。
用途
ガスの密度とモル質量の計算
理想的な気体の法則の方程式を使用して、気体の密度とその分子量を計算できます。簡単な変更を加えることにより、ガスの密度（d）とそのモル質量（M）を関連付ける数式を見つけることができます。
d = MP / RT
そしてMをクリア：
M = dRT / P
化学反応で生成されるガスの体積の計算
化学量論は、一般にモルで表される、化学反応に関与する生成物に存在する各反応物の量に関連する化学の分野です。
理想的なガス方程式を使用すると、化学反応で生成されるガスの体積を決定できます。モル数は化学反応から得られるからです。次に、ガスの体積を計算できます。
PV = nRT
V = nRT / P
Vを測定することにより、前記反応の収量または進行を決定することができる。ガスがなくなったら、試薬が完全になくなったことを示しています。
混合物中に存在するガスの分圧の計算
理想的なガスの法則を、ダルトンの分圧の法則と共に使用して、ガス混合物に存在するさまざまなガスの分圧を計算できます。
関係が適用されます：
P = nRT / V
混合物に存在する各ガスの圧力を見つける。
水中に収集されたガスの量
水中で実験計画法によって収集されるガスを生成する反応が実行されます。全ガス圧と水蒸気圧がわかっています。後者の値はテーブルで取得でき、ガスの圧力を減算することで計算できます。
化学反応の化学量論から、ガスのモル数が得られ、次の関係が適用されます。
V = nRT / P
生成されるガスの量が計算されます。
計算例
演習1
気体の密度は17°Cで0.0847 g / L、圧力は760トールです。そのモル質量は何ですか？ガスは何ですか？
方程式から始めます
M = dRT / P
まず、温度の単位をケルビンに変換します。
T = 17ºC+ 273.15 K = 290.15 K
そして、760トルの圧力は1気圧の圧力に対応します。これで、値を置き換えて解決するだけです：
M =（0.0847 g / L）（0.08206 L atm K -1 mol -1）（290.15 K）/ 1 atm
M = 2.016 g / mol
このモル質量は、単一の種、つまり二原子水素分子H 2に対応します。
演習2
気相中の水銀（Hg）0.00553 gの質量は、容量520 L、温度507 Kで検出されます。Hgによって加えられる圧力を計算します。Hgのモル質量は200.59 g / molです。
この問題は、次の方程式を使用して解決されます。
PV = nRT
Hgのモル数に関する情報は表示されません。しかし、それらはモル質量を使用して取得できます。
Hgのモル数=（0.00553 g Hg）（1モルHg / 200.59 g）
= 2,757 10 -5モル
ここで、Pを解いて値を代入するだけです。
P = nRT / V
=（2,757・10 -5モル）（8,206・10 -2 L・atm・K -1・mol -1）（507 K）/ 520 L
= 2.2 10 -6 atm
演習3
5.25 Lの容量、310 Kの温度で、4.8 gの塩素ガス（Cl 2）を水素ガス（H 2）と反応させることによって生成された塩酸によって生成される圧力を計算します。モル質量Cl 2の 70.9グラム/モルです。
H 2（g） + Cl 2（g） →2 HCl （g）
この問題は、理想気体方程式を使用して解決されます。ただし、HClの量はモルではなくグラムで表されるため、適切な変換が行われます。
モルHCl =（4.8 g Cl 2）（1 mol Cl 2 / 70.9 g Cl 2）（2 mol HCl / 1 mol Cl 2）
= 0.135モルのHCl
理想的な気体の法則の方程式を適用する：
PV = nRT
P = nRT / V
=（0.135モルのHCl）（0.08206 L atm K -1 mol -1）（310 K）/ 5.25 L
= 0.65 atm
演習4
0.130 gのガス状化合物のサンプルは、70°Cの温度と720 torrの圧力で140 mLの体積を占めます。そのモル質量は何ですか？
理想気体方程式を適用するには、最初にいくつかの変更を行う必要があります。
V =（140 mL）（1 L / 1000 mL）
= 0.14 L
体積をリットルで表すと、温度をケルビンで表す必要があります。
T = 70ºC+ 273.15 K = 243.15 K
最後に、圧力を大気圧の単位で変換する必要があります。
P =（720 torr）（1 atm / 760 torr）
= 0.947 atm
問題を解決する最初のステップは、化合物のモル数を取得することです。これには、理想的なガス方程式が使用され、nについて解きます。
PV = nRT
n = PV / RT
=（0.947 atm）（0.14 L）/（0.08206 L atm K -1 mol -1）（243.15 K）
= 0.067モル
グラムを取得したモルで割ってモル質量を計算するだけです：
モル質量=化合物のグラム数/モル数。
= 0.130 g / 0.067モル
= 19.49 g / mol
参考文献
- ウィッテン、デイビス、ペック、スタンリー。（2008）。化学。（第8版）。CENGAGEラーニング。
- Ira N. Levine。（2014）。物理化学の原則。第6版。Mc Graw Hill。
- Glasstone。（1970）。物理化学条約。第二版。アギラール。
- Mathews、CK、Van Holde、KE、およびAhern、KG（2002）。生化学。3 はエディションでした。出版社ピアソンアディソンウェスリー。
- ウィキペディア。（2019）。理想的なガス。から回復：en.wikipedia.org
- 編集チーム。（2018）。ボイルの法則またはボイル・マリオットの法則-ガスの法則。回収元：iquimicas.com
- ジェシー・A・キー。（sf）。理想的なガスの法則といくつかのアプリケーション。回収元：opentextbc.ca