ガス研究ガイド
ガスの化学学習ガイド
気体は、定義された形状や体積を持たない物質の状態です。 ガス 温度、圧力、体積などのさまざまな変数に応じて、独自の動作をします。それぞれのガスは異なりますが、すべてのガスは同じように作用します。この学習ガイドでは、ガスの化学を扱う概念と法則に焦点を当てています。
気体の性質
ガス気球。 ポール・テイラー、ゲッティイメージズ
ガスは 物質の状態 .ガスを構成する粒子の範囲 個々の原子から に 複雑な分子 .ガスに関するその他の一般情報:
- ガスは、その容器の形状と体積を想定しています。
- 気体は、固相または液相よりも密度が低くなります。
- 気体は、固相または液相よりも簡単に圧縮されます。
- 同じ体積に閉じ込められた場合、ガスは完全かつ均一に混合されます。
- VIII族のすべての元素は気体です。これらのガスは、 希ガス .
- 常温常圧で気体の元素はすべて 非金属 .
プレッシャー
圧力は の尺度 単位面積あたりの力の量。気体の圧力は、気体がその体積内の表面に及ぼす力の量です。圧力の高い気体は、圧力の低い気体よりも大きな力を発揮します。
の はい 圧力の単位はパスカル（記号 Pa）です。パスカルは、1 平方メートルあたり 1 ニュートンの力に相当します。この単位は、実際の状況でガスを扱う場合にはあまり役に立ちませんが、測定および再現できる標準です。他の多くの圧力単位は、時間の経過とともに開発されましたが、主に私たちが最もよく知っている気体である空気を扱っています。空気の問題、圧力は一定ではありません。気圧は、海抜高度やその他の多くの要因によって異なります。圧力の多くの単位は、もともと海面での平均気圧に基づいていましたが、標準化されています。
温度
温度は、構成粒子のエネルギー量に関連する物質の特性です。
このエネルギー量を測定するためにいくつかの温度スケールが開発されていますが、SI 標準スケールは ケルビン温度目盛り .他の 2 つの一般的な温度スケールは、華氏 (°F) と摂氏 (°C) スケールです。
の ケルビンスケール は絶対温度スケールであり、ほぼすべてのガス計算で使用されます。変換するガスの問題を扱うときは重要です 温度測定値 ケルビンへ。
温度スケール間の変換式:
K = ℃ + 273.15
°C = 5/9(°F - 32)
°F = 9/5°C + 32
STP - 標準温度と圧力
STP手段 標準温度 そして圧力。 273 K (0 °C) で 1 気圧の条件を指します。 STP は一般に、ガスの密度に関連する計算や、その他の場合に使用されます。 標準状態条件 .
STP では、理想気体 1 モルは 22.4 L の体積を占めます。
ダルトンの分圧の法則
ダルトンの法則 ガスの混合物の全圧は、成分ガスのみのすべての個々の圧力の合計に等しいと述べています。
P合計= Pガス1+ Pガス2+ Pガス3+ ...
成分ガスの個々の圧力は既知です 分圧として ガスの。分圧は次の式で計算されます
P私= X私P合計
どこ
P私= 個々のガスの分圧
P合計= 全圧
バツ私= 個々のガスのモル分率
モル分率、X私は、個々のガスのモル数を混合ガスの総モル数で割ることによって計算されます。
アボガドロの気体法則
アボガドロの法則 は、気体の体積が正比例すると述べています モル数 圧力と温度が一定に保たれているときのガスの。基本的に：ガスには体積があります。ガスを追加すると、圧力と温度が変化しない場合、ガスはより多くの体積を占めます。
V = kn
どこ
V = 体積 k = 定数 n = モル数
アボガドロの法則は次のようにも表現できます。
の私/n私= Vへ/nへ
どこ
の私とVへ初巻と最終巻です
n私そしてnへモルの最初と最後の数です
ボイルの気体の法則
ボイルの気体の法則 温度が一定に保たれている場合、気体の体積は圧力に反比例すると述べています。
P = k/V
どこ
P = 圧力
k = 定数
V = ボリューム
ボイルの法則は次のようにも表現できます。
P私の私= Pへのへ
ここで P私とPへは初期圧力と最終圧力 V私とVへは初期圧力と最終圧力
体積が増えると圧力が下がり、体積が減ると圧力が上がります。
シャルルのガス法
シャルルの気体の法則 圧力が一定に保たれている場合、気体の体積はその絶対温度に比例すると述べています。
V = kT
どこ
V = ボリューム
k = 定数
T = 絶対温度
シャルルの法則は次のようにも表現できます。
の私/T私= Vへ/T私
ここで V私とVへは初期ボリュームと最終ボリュームです
T私とTへ初期絶対温度と最終絶対温度
圧力が一定に保たれ、温度が上昇すると、気体の体積が増加します。ガスが冷めると、体積が減少します。
Guy-Lussac の気体の法則
男 -リュサックの気体の法則 体積が一定に保たれている場合、気体の圧力はその絶対温度に比例すると述べています。
P = kT
どこ
P = 圧力
k = 定数
T = 絶対温度
Guy-Lussac の法則は次のようにも表現できます。
P私/T私= Pへ/T私
ここで P私とPへは初期圧力と最終圧力
T私とTへ初期絶対温度と最終絶対温度
温度が上昇すると、体積が一定に保たれていれば、気体の圧力が上昇します。気体が冷えると圧力が下がります。
理想気体の法則または結合気体の法則
理想気体の法則とも呼ばれる 複合気体法則として 、すべての組み合わせです 以前の気体法則の変数 .の 理想気体の法則 式で表される
PV = nRT
どこ
P = 圧力
V = ボリューム
n = ガスのモル数
R = 理想気体定数
T = 絶対温度
R の値は、圧力、体積、および温度の単位によって異なります。
R = 0.0821 liter・atm/mol・K (P = atm、V = L、T = K)
R = 8.3145 J/mol・K (圧力×体積はエネルギー、T = K)
R = 8.2057メートル3·atm/mol·K (P = atm、V = 立方メートル、T = K)
R = 62.3637 L·Torr/mol·K または L·mmHg/mol·K (P = torr または mmHg、V = L および T = K)
理想気体の法則は、通常の状態の気体に対してうまく機能します。不利な条件には、高圧と極低温が含まれます。
気体の速度論
気体の運動理論は、理想気体の性質を説明するためのモデルです。このモデルでは、次の 4 つの基本的な仮定が行われます。
- ガスを構成する個々の粒子の体積は、ガスの体積と比較すると無視できると想定されます。
- 粒子は常に動いています。粒子とコンテナの境界との衝突により、ガスの圧力が発生します。
- 個々のガス粒子は互いに力を及ぼしません。
- 気体の平均運動エネルギーは、気体の絶対温度に正比例します。特定の温度でのガスの混合物中のガスは、同じ平均運動エネルギーを持ちます。
気体の平均運動エネルギーは次の式で表されます。
ケアベニュー= 3RT/2
どこ
ケアベニュー= 平均運動エネルギー R = 理想気体定数
T = 絶対温度
の 平均速度 または個々のガス粒子の二乗平均速度は、式を使用して見つけることができます
の実効値= [3RT/分]1/2
どこ
の実効値= 平均または二乗平均 二乗速度
R = 理想気体定数
T = 絶対温度
M = モル質量
ガスの密度
の 理想気体の密度 式を使用して計算できます
ρ = PM/RT
どこ
ρ = 密度
P = 圧力
M = モル質量
R = 理想気体定数
T = 絶対温度
グラハムの拡散と滲出の法則
グラハムの法則 拡散率 またはガスの流出は、ガスのモル質量の平方根に反比例します。
r(M)1/2=定数
どこ
r = 拡散または浸出速度
M = モル質量
2 つのガスの割合を比較することができます。 式を使用して
r1/r2= (M2)1/2/(M1)1/2
ロイヤルガス
理想気体の法則は、実在気体の挙動の適切な近似です。理想気体の法則によって予測される値は、通常、測定された実際の値の 5% 以内です。気体の圧力が非常に高いか、温度が非常に低い場合、理想気体の法則は失敗します。ファン デル ワールス方程式には、理想気体の法則に対する 2 つの修正が含まれており、実在気体の挙動をより厳密に予測するために使用されます。
ファンデルワールス方程式は
(P + an2/の2)(V - nb) = nRT
どこ
P = 圧力
V = ボリューム
a = ガス固有の圧力補正定数
b = ガス固有の体積補正定数
n = ガスのモル数
T = 絶対温度
ファン デル ワールスの式には、分子間の相互作用を考慮した圧力と体積の補正が含まれています。理想気体とは異なり、実在気体の個々の粒子は互いに相互作用し、一定の体積を持ちます。各ガスは異なるため、ファン デル ワールス方程式の a と b に対して、ガスごとに独自の補正または値があります。
練習用ワークシートとテスト
学んだことをテストします。これらの印刷可能な気体法則ワークシートを試してください。
ガス法ワークシート
回答付きガス法ワークシート
回答と表示された作業を含むガス法ワークシート
また、 答えのあるガス法模擬試験 利用可能。