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入門化学

学習目標

  1. 理想的なガスと実際のガスの違いを調べるために。
  2. 実際のガスサンプルに対する高圧および低温の影響を探索する。
  3. 実験的に決定された定数aとbを使用して、実際のガスの理想気体の法則を修正するためにファンデルワールの方程式を適用します。

理想気体は、気体粒子が占める体積が容器の全体積に対して無視できる速度論的分子理論の教義に正確に適合するものであり、かなりの分子間引

実際のガスは、特に高圧および低温では理想的な挙動から逸脱する可能性があります。

実際のガスは、特に高圧および低温では理想的 偏差の程度は、圧縮率係数を使用して測定されます。 圧縮率係数は、nを理想気体の法則で解くことによって得られます: 圧力と体積の積を、与えられた物質の1モルのガス定数と温度(PV/RT)の積で除算します。 理想的な条件下では、このPV/RTの比は正確に1に等しくなければなりません。

高圧の実際のガス

より高い圧力では、ガス分子は空間内で互いに接近しています。 この混雑の結果として、ガス分子はより大きな魅力的な分子間力を経験する。 分子間力は分子をより一緒に保持し、容器壁との衝突の力と頻度を軽減し、したがって圧力を理想値以下に低下させる。 同様に、より高い圧力では、分子は容器の容積のより大きな割合を占める。 他のガス分子が容器の容積のより大きな割合を占めると、任意の1つの分子に利用可能な容器の占有されていない容積は、理想的な条件よりも小さ この利用可能な体積の減少は、理想的な条件を超えて圧力の増加を引き起こす。P>

図#。#. 250Kでの三つのガスの近似圧縮率係数

図6.14。 250Kでの三つのガスのおおよその圧縮率係数。

低温での実際のガス

温度も理想気体の挙動からの偏差に影響を与えます(図6.15)。 温度が低下すると、ガス粒子の平均運動エネルギーが減少する。 したがって、ガス分子の割合が大きいほど、隣接する原子からの魅力的な分子間力を克服するには運動エネルギーが不十分である。 これは、ガス分子が互いに「粘着性」になり、より少ない周波数と力で容器の壁と衝突し、理想値以下の圧力を減少させることを意味する。P>

図#。#. 異なった温度の窒素のおおよその圧縮率の要因。

図6.15. 異なった温度の窒素のおおよその圧縮率の要因。

ファンデルワールス方程式

図6.##Johannes Diderik van der Waals

図6.16Johannes Diderik van der Waals

1873年、オランダの科学者Johannes van der Waalsは、理想気体の挙動からの偏差を補償する方程式を開発しました。 ファンデルワールス方程式は、分子間力を補正するための項であるaと、ガス分子の体積を補正するbの二つの実験的に決定された定数を使用します(表6.3″ガス分子のための選択されたファンデルワールス定数”)。新しい項aとbが(理想的な条件下で)ゼロに等しい場合、方程式は理想気体の法則に単純化されることに注意する必要があります:PV=nRT。

表6.3ガス分子のvan der Waals定数を選択しました。

a (L2atm/mol2)

b (L/mol)

Helium 0.03457 0.0237
Neon 0.2135 0.01709
Hydrogen 0.2476 0.02661
Argon 1.355 0.0320
Nitric oxide 1.358 0.02789
Oxygen 1.378 0.03183
Nitrogen 1.408 0.03913
Carbon monoxide 1.505 0.03985
Methane 2.283 0.04278
Krypton 2.349 0.03978
Carbon dioxide 3.640 0.04267
Hydrogen chloride 3.716 0.04081
Nitrous oxide 3.832 0.04415
Ammonia 4.225 0.0371
キセノン 4.250 0.05105

例21

ファンデルワールス方程式と表6.3を使用して圧力を決定します、大気では、2.00ocの30.00lフラスコの酸素のガスのモルの25.0。P>

溶液

\左(P+a\{\左}2 2\右)\左(V-nb\右)=nRT\

\左(P+a\{\左}2 2\右)\左(V-nb\右)=nRT\
\左(P+{\rm1.378}\frac{l^2atm}{{mol}2 2}\{\左}2 2\右)\左(V-nb\右)\左(V-nb\右)\左(V-nb\右)\右\左(30.00\l-2.00\mol\({\rm0.03183}\frac{{\Rm l}}{{\rm mol}})\右)=(2。00\mol)\\left(0.08206\l\atm\K^{-1}\\{mol}^{-1}\right)(\298.15\K)\

P=1.63atm

キーテイクアウト

  • 理想気体は、気体粒子が占める体積が気体粒子に比べて無視できる速度論的分子理論の教義に正確に準拠しているものである。容器の総容積はそこにかなりの分子間魅力か反発ではないし。
  • 実際のガスは、有限体積を占めるガス粒子の影響と分子間力の強さのために、理想的な挙動から逸脱するものです。
  • van der Waalの方程式は、理想気体の挙動からの偏差を補償します。