Основные газовые законы

Состояние газа характеризуется его температурой, давлением и объемом. Если температура газа равна 0°С (273,15 K), а давление равно 1 атм. (1,013×10⁵ Па = 760 мм. рт. ст.), то условия, при которых находится газ, называют нормальными.

Между объемом газа и его количеством вещества существует взаимосвязь, которая описывается законом Авогадро: в равных объемах любых газов, взятых при одной и той же температуре и одинаковом давлении, содержится одинаковое число молекул. Следовательно, при одинаковых условиях 1 моль любого газа занимает один и тот же объем. Этот объем называется молярным объемом газа V_M. При нормальных условиях V_M = 22,4 л и число моль газа может быть вычислено по уравнению

.

(25)

Взаимосвязь между количеством вещества газа, его температурой, давлением и объемом устанавливает уравнение Менделеева-Клайперона:

,

(26)

где P – давление, Па; V – объем, м³; n – количество вещества, моль, m – масса, г; М – молярная масса газа, г/моль; R – универсальная газовая постоянная, в системе СИ R = 8,314 Дж/моль×K.

На практике чаще всего приходится иметь дело со смесями газов. Каждый газ вносит свой вклад в общее давление системы – парциальное давление. Парциальным давлением называется давление, которое производил бы этот газ, занимая при тех же физических условиях объем всей газовой смеси. Парциальное давление может быть вычислено через объемное содержание газа в газовой смеси:

,

(27)

где V_i – объем данного газа, S V_i – общий объем газовой смеси,

или через мольную долю газа:

,

(28)

где n_i – количество вещества данного газа, S n_i – сумма числа моль всех компонентов газовой смеси

по уравнению:

где P – общее давление смеси газов.

Общее давление смеси газов, не вступающих друг с другом в химическое взаимодействие, равно сумме парциальных давлений газов, составляющих данную смесь:

Если газ собран над жидкостью, то при расчетах его парциального давления следует иметь в виду, что оно равно разности общего давления и парциального давления пара жидкости, например, для газа, собранного над водой:

.

(31)