Перш ніж шукати значення словосполучення “газовий закон”, необхідно з’ясувати, що таке газ. Газами називають речовини, частинки яких рухаються в просторі безладно. Ці речовини характеризуються досить слабкими міжмолекулярними, межатомными і межионными взаємодіями. Також газом називають газоподібний стан, тобто одне з чотирьох, крім рідкого, твердого та плазматического, агрегатних станів речовини. Для газів існують свої закони. Що ж таке газовий закон?
Визначення
З фізичної точки зору, газові закони – це такі закони, які пояснюють изопроцессы, що протікають в ідеальному газі. Цікавий той факт, що в хімії також існують певні закономірності для опису таких речовин, які перегукуються із законами фізики. Однак ці закони застосовні до реальних газів. Тепер варто розібратися, що таке ідеальний газ і изопроцесс. Приступимо.
Ідеальний газ
Ідеальним газом називається математична модель реального газу, в якій робиться припущення, що між частинками газу повністю відсутня взаємодія. З цього припущення випливає, що частинки контактують тільки з посудиною, в якому знаходиться речовина, а також те, що маса частинок цієї речовини настільки мала, що її можна повністю виключити з розгляду.
Изопроцессы
Щоб відповісти на питання, що таке изопроцесс, необхідно звернутися до термодинаміки (один з розділів фізики). Для опису стану газу (ідеального газу) основними параметрами вважають тиск, температуру і обсяг.
Так от, изопроцессы – це що відбуваються в газах процеси, за умови, що один з цих трьох параметрів залишається без змін протягом часу. В ізотермічних процесах не змінюється температура, изобарных – тиск, а в изохорных – обсяг.
Рівняння Менделєєва-Клапейрона
Перш ніж обговорювати газові закони, необхідно дізнатися, що являє собою рівняння Менделєєва-Клапейрона, і яке відношення це рівняння має до газів і їх законів. Для опису залежності один від одного все тих же показників – тиску, обсягу, температури, ще додається універсальна газова постійна і обсяг (молярний).
Рівняння має наступну форму запису: pV = R * T.
R – універсальна газова постійна, її можна розраховувати самостійно, а можна скористатися уже відомим значенням – 8,3144598(48)Дж⁄(моль∙К).
Так, молярний об’єм є відношенням обсягу до кількості речовини (в молях), а кількість речовини, що в свою чергу є відношенням маси до молярної маси.
Рівняння можна записати наступним чином: pV = (m / M) * R * T.
Які закони газів існують у фізиці
Як говорилося раніше, в фізиці розглядаються изопроцессы. Існують формули залежності трьох основних величин (об’єм, тиск, температура) один від одного. Газові закони фізики:
- Закон Бойля-Маріотта, застосовуваний у випадку ізотермічного процесу: добуток тиску на об’єм газу залишається незмінним з плином часу. Виходячи з рівняння Менделєєва-Клапейрона – pV= (m / M) * R * T = const, цей закон говорить, що результат множення тиску та об’єму буде постійні, за умови, що температура газу і його маса будуть незмінними.
- Закон Гей-Люссака, який застосовується для изобарных процесів. У цьому випадку відношення об’єму і температури залишаються незмінними: V / T = const. Закон Гей-Люссака можна сформулювати наступним чином: якщо тиск і маса газу залишаються незмінними в часі, то частка від ділення обсягу температуру є постійною величиною.
- Закон Шарля – для изохорных процесів. Відношення тиску і температури не зазнає змін: p / T = const. В цьому випадку співвідношення тиску газу і температури є постійним при незмінності тиску і маси.
Газові закони: хімія
Серед таких законів:
- Закон Авогадро. Він формулюється так: рівні об’єми різних газів містять однакове число молекул при інших рівних умовах (тиск і температура). З цього закону випливає – при нормальних умовах (нормальними умовами називають тиск 101,235 кПа і температуру 273 К) займаний 1 молем обсяг абсолютно будь-якого газу дорівнює 22,4 л.
- Закон Дальтона: обсяги, займані реагують один з одним газами і виходять в ході реакції продуктами, при поділі перших на другі дають в результаті невеликі, але саме цілі числа, які називають коефіцієнтами.
- Закон парціальних тисків: для того щоб визначити тиск суміші газів, необхідно скласти тиску, створювані газами суміші.
Різноманітність законів, що застосовуються до газів
Можливо, багато людей думають, що гази являють собою найпростіше з агрегатних станів: і частинки рухаються безладно, і відстань між ними максимально (особливо в порівнянні з твердими речовинами), і маса цих часток мала. Проте закони, що застосовуються для опису станів подібних речовин, вельми різноманітні. Зі сказаного вище випливає, що не тільки фізика займається вивченням питання газових законів. Причому і у фізиці, і в хімії їх не один і не два. З цього можна прийти до такого висновку, що не завжди те, що здається простим, таким є і насправді.
