Stała gazowa

Stała gazowa (znana również jako stała molowa, uniwersalna lub stała gazu idealnego) jest stałą fizyczną występującą w wielu podstawowych równaniach w naukach fizycznych, takich jak prawo gazu idealnego i równanie Nernsta. Wyrażana jest w jednostkach energii (czyli iloczynu ciśnienie-objętość) na kelwin na mol. Jest ona równoważna stałej Boltzmanna, z tą różnicą, że ta ostatnia jest wyrażona w jednostkach energii na kelwin na cząsteczkę.

Oznaczana symbolem R, wartość stałej gazowej wynosi:

R = 8.314472(15) J – K-1 – mol-1

Dwie cyfry w nawiasie oznaczają niepewność (odchylenie standardowe) w dwóch ostatnich cyfrach wartości.

Ruch cząstek (atomów, cząsteczek lub jonów) w fazie gazowej. Stała gazowa jest współczynnikiem w prawie gazów idealnych, które zapewnia przybliżenie niektórych właściwości gazów.

Prawo gazów idealnych

Gaz idealny (lub gaz „doskonały”) to hipotetyczny gaz składający się z bardzo dużej liczby identycznych cząsteczek, z których każda ma zerową objętość, równomiernie rozłożoną gęstość, bez sił międzycząsteczkowych. Dodatkowo, cząsteczki lub atomy gazu mają całkowicie przypadkowy kierunek i prędkość oraz ulegają doskonale sprężystym zderzeniom ze ściankami zbiornika. Cząsteczki gazu idealnego są często porównywane do sztywnych, ale elastycznych kul bilardowych.

Stała gazowa występuje w prawie gazu idealnego (najprostsze równanie stanu) w następujący sposób:

P = n R T V = R T V m {{displaystyle P={frac {nRT}{V}}={{frac {RT}{V_{m}}}}}

gdzie:

P {{displaystyle P }jest ciśnieniem bezwzględnym T {displaystyle T }to temperatura bezwzględna V {displaystyle V}to objętość zajmowana przez gaz n {displaystyle n}.to ilość gazu (wyrażona w liczbie moli gazu) V m {displaystyle V_{rm {m}} } }jest objętością molową

To równanie nie odnosi się dokładnie do rzeczywistych gazów, ponieważ każda cząsteczka rzeczywistego gazu zajmuje pewną objętość, a cząsteczki podlegają siłom międzycząsteczkowym. Niemniej jednak, równanie to jest używane jako przybliżenie przy opisie zachowania prawdziwego gazu, z wyjątkiem sytuacji, gdy gaz znajduje się pod wysokim ciśnieniem lub w niskiej temperaturze.

Związek ze stałą Boltzmanna

Stała Boltzmanna kB (często oznaczana skrótem k) ma wartość 1.3807 x 10-23 J.K-1. Można ją stosować zamiast uniwersalnej stałej gazowej, pracując w czystej liczbie cząstek, N, a nie w liczbie moli, n, ponieważ

R = N A k B {{displaystyle \quad R=N_{A}k_{B}}.,

gdzie N A {displaystyle N_{A}} jest liczbą Avogadro’a (= 6,022 x 1023 cząsteczek na mol).

Pod względem stałej Boltzmanna prawo gazu idealnego można zapisać jako:

P V = N k B T {displaystyle PV=Nk_{B}T}}.

gdzie N jest liczbą cząsteczek (atomów lub molekuł) gazu idealnego.

Z uwagi na swój związek ze stałą Boltzmanna, stała gazu idealnego pojawia się również w równaniach niezwiązanych z gazami.

Stała gazowa właściwa (lub indywidualna)

Stała gazowa właściwa lub stała gazowa indywidualna gazu lub mieszaniny gazów (Rgas lub po prostu R) jest dana przez uniwersalną stałą gazową, podzieloną przez masę molową ( M {{displaystyle M} ) gazu lub mieszaniny. Podczas gdy uniwersalna stała gazowa jest taka sama dla wszystkich gazów idealnych, specyficzna (lub indywidualna) stała gazowa ma zastosowanie do konkretnego gazu (lub mieszaniny gazów, takich jak powietrze).

Równanie pozwalające obliczyć specyficzną stałą gazową dla konkretnego gazu jest następujące:

R g a s = R Ż M {displaystyle R_{gaz}={frac {R}}{M}}}.

gdzie:

R g a s {displaystyle R_{rm {gaz}}={frac {bar {R}}{M}}}jest stałą gazową właściwą R g a s {displaystyle R{rm {R}}jest uniwersalną stałą gazową M {displaystyle M}jest masą molową (lub masą cząsteczkową) gazu

W układzie SI jednostkami stałej gazowej właściwej są J-kg-1-K-1; a w układzie imperialnym jednostkami są ft-lb-°R-1-slug-1.

Stała gazowa właściwa jest często przedstawiana za pomocą symbolu R, a następnie może być mylona z uniwersalną stałą gazową. W takich przypadkach kontekst i/lub jednostki R powinny jasno określać, do której stałej gazowej się odnoszą. Na przykład, równanie na prędkość dźwięku jest zwykle zapisywane w kategoriach określonej stałej gazowej.

Wartości poszczególnych stałych gazowych dla powietrza i niektórych innych powszechnie występujących gazów podano w poniższej tabeli.

Atmosfera standardowa USA

Atmosfera standardowa USA, 1976 (USSA1976) definiuje uniwersalną stałą gazową jako:

R ¯ = 8.31432 × 10 3 N ⋅ m k m o l ⋅ K {{displaystyle}}=8.31432} razy 10^{3}{{frac {{mathrm {N}} m} }}}{frac {mathrm {kmol} K} }}}

Zobacz także

• Atmosfera ziemska
• Gaz
• Mol (jednostka)
• Ciśnienie
• Temperatura
• Objętość

Notatki

• American Institute of Chemical Engineers. 1984. Ideal Gas Law, Enthalpy, Heat Capacity, Heats of Solution and Mixing. New York: American Institute of Chemical Engineers. ISBN 0816902607.

• Atkins, Peter, and Loretta Jones. 2008. Chemical Principles: The Quest for Insight, 4th ed. New York: W.H. Freeman. ISBN 0716799030.

• Chang, Raymond. 2006. Chemistry, 9th ed. New York: McGraw-Hill Science/Engineering/Math. ISBN 0073221031.

• Cotton, F. Albert, and Geoffrey Wilkinson. 1980. Advanced Inorganic Chemistry, 4th ed. New York: Wiley. ISBN 0471027758.

• McMurry, J., and R.C. Fay. 2004. Chemistry, 4th ed. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. ISBN 0131402080.

All links retrieved May 23, 2017.

• The Individual and Universal Gas Constant. The Engineering ToolBox.
• The Ideal Gas Constant.