Закон Шарля: при постоянном объеме давление газа изменяется прямо пропорционально абсолютной температуре.

Закон Гей-Люссака: при постоянном давлении объем газа изменяется прямо пропорционально абсолютной температуре.

Закон Бойля-Мариотта: при постоянной температуре давление, производимое данной массой газа, обратно пропорционально объему газа.

Газовые законы

 

Изучение свойств газообразных веществ и химических реакций с участием газов сыграло настолько важную роль в становлении атомно-молекулярной теории, что газовые законы заслуживают специального рассмотрения.

Экспериментальные исследования, по изучению химических реакций между газообразными веществами, привели Ж.-Л. Гей-Люссака (1805) к открытиюзакона объемных отношений: при неизменных температуре и давлении объемы реагирующих газов относятся друг к другу и к объ­емам газообразных продуктов реакции как небольшие целые числа. Так, при образовании хлорида водорода из простых веществ (H₂ + Cl₂ = 2HCl), объемы реагирующих и полученных веществ относятся друг к другу как 1:1:2, а при синтезе Н₂О из простых веществ (2H₂ + О₂ = 2H₂О) это соотношение – 2:1:2.

Эти пропорции нашли объяснение в законе Авогадро: в равных объемах разных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится равное количество молекул. Молекулы простых газообразных веществ, таких как водород, кислород, хлор и др., состоят из двух атомов.

Из закона Авогадро вытекает два важных следствия:

- молекулярная масса (н. у.) газа или пара (M₁) равна произведению его относительной плотности (D) к любому другому газу на молекулярную массу последнего (M₂)

M₁ = D ∙ M₂ ;

D = M₁/ M₂ – отношение массы данного газа к массе другого газа, взятого в том же объеме, при той же температуре и том же давлении.

Например, азот тяжелее гелия в 7 раз, поскольку плотность азота по гелию равна:

D_He(N₂) = M(N₂) / М(Не) = 28/4 =7

- моль любого газа при нормальных условиях (Р₀ = 1 атм или 101,325 кПа или 760 мм.рт.ст. и температура Т₀ = 273,15 К или 0°С) занимает объем 22,4 л.

Газообразное состояние вещества заданной массы характеризуется тре­мя параметрами: давлением Р, объемом V и температурой Т. Между этими величинами были экспериментально установлены следующие соотношения.

Р₂ / Р₁ = V₁ / V₂, или РV = const.

V₁ / Т₁ = V₂ / Т₂, или V/Т = const.

Р₁ / Т₁ = Р₂ / Т₂, или Р/Т = const.

Эти три закона можно объединить в один универсальный газовый закон:

Р₁V₁ / Т₁ = Р₂V₂ / Т₂, или РV /Т = const.

Это уравнение было установлено Б. Кла­пейроном (1834 г.). Значение постоянной в уравнении зависит только от количества вещества газа. Уравнение для одного моля газа было выведено Д.И. Менделеевым (1874 г.). Для одного моля газа постоян­ная называется универсальной газовой постоянной и обозначается R = 8,314 Дж/(моль∙К)= 0,0821 л∙атм/(моль∙К)

РV=RТ,

Для произвольного количества газа ν правую часть этого уравнения надо умножить на ν:

РV= νRТ или РV= (т/М)RТ,

которое называют уравнением Клапейрона-Менделеева. Это уравне­ние справедливо для всех газов в любых количествах и для всех зна­чений Р, V и Т, при которых газы можно считать идеальными.