Ideaalikaasuvakion (R) kemiallinen määritelmä

Kaasuvakio, jota edustaa symboli ”R”, on ihanteellisen kaasun lain suhteellisuusvakio . Jälkimmäinen on matemaattinen yhtälö, joka yhdistää neljä muuttujaa, jotka määrittelevät täydellisesti ihanteellisen kaasun tilan, eli paineen , tilavuuden , lämpötilan ja moolien lukumäärän . Lisäksi tämä laki on yhdistelmä kaikkia kaasulakeja, mukaan lukien Boylen laki, molemmat Charlesin ja Gay-Lussacin lain muodot sekä Avogadron laki.

Kaasuvakio mahdollistaa sen monien käyttötarkoitusten joukossa tietyn arvon P, V, ei T:n laskemisen kaasulle mille tahansa kolmen muun muuttujan yhdistelmälle ilman, että tarvitsee tietää, mikä kaasun tila oli ennen tai miten kaasu tuli nykyiseen tilaan.

Sen lisäksi, että R saa nimen ”kaasuvakio”, tunnetaan myös yleiskaasuvakiona, ideaalikaasuvakiona ja molaarisena kaasuvakiona, jälkimmäinen yksikkönsä vuoksi.

Huolimatta siitä, että sitä kutsutaan ”kaasu”-vakioksi, joka johtuu sen alkuperäiseen löytämiseen johtaneista kokeista, vakio R on itse asiassa yksi luonnon perusvakioista ja sillä on suuri merkitys sekä kemiassa että fysiikassa. Tästä syystä se esiintyy jatkuvasti useissa laeissa ja yhtälöissä, joilla ei periaatteessa ole mitään tekemistä kaasujen kanssa.

R:n yksiköt ja arvo

Kuten mikä tahansa suhteellisuusvakio, joka on dimensio, kaasuvakion arvo riippuu yksiköistä, joissa se ilmaistaan. Sama pätee lähes kaikkiin muihin tieteen vakioihin, koska mikä tahansa fysikaalinen määrä voidaan aina ilmaista eri yksiköissä, kuten sopii.

Yleisesti ottaen vakion R mitat ilmaistaan ​​kahdella eri tavalla useimmissa sen sovelluksissa:

Eli energiayksiköt jaettuna moolien lukumäärällä ja absoluuttisen lämpötilan yksiköillä, tai:

Toisin sanoen paineyksiköt kerrottuna tilavuusyksiköillä, jaettuna moleilla ja absoluuttisen lämpötilan yksiköillä.

Seuraavassa taulukossa on kuitenkin esitetty R:n arvot kemistien useimmin käyttämissä yksiköissä sekä konteksti, jossa kutakin arvoa käytetään:

Imperial mittayksiköitä tai teknisiä yksiköitä käytettäessä on muitakin arvoja, mutta ne koskevat enemmän tekniikkaa kuin kemiaa.

Ihanteellinen kaasulaki

Kuten edellä mainittiin, kaasuvakio esiintyy ensin suhteellisuusvakiona ihanteellisen kaasun laissa . Tämä laki saadaan seuraavalla matemaattisella lausekkeella:

Tässä yhtälössä P edustaa painetta, V tilavuutta, n moolien määrää ja T absoluuttista lämpötilaa. P:lle, V:lle, T:lle ja n:lle käytetyistä yksiköistä riippuen on käytettävä oikeaa R:n arvoa. Muussa tapauksessa yksikkömuunnos on suoritettava ennen laskennan suorittamista.

Ihanteellisen kaasun kaasuvakio ja keskimääräinen kineettinen energia

Kaasujen kineettistä mallia käyttämällä voidaan saada erittäin mielenkiintoinen suhde kaasuvakion ja keskineliönopeuden eli kaasun hiukkasten keskimääräisen kineettisen energian välille. Tämä malli pitää kaasua sarjana kovia palloja, joilla on hyvin määritelty massa, mutta joiden koko on mitätön ja jotka ovat vuorovaikutuksessa keskenään ja säiliön seinien kanssa vain elastisten törmäysten kautta (kuten biljardipallot). Käyttämällä näitä ehtoja, hieman fysiikkaa ja vähän tilastoja, voidaan päätyä seuraavaan suhteeseen:

missä M on kaasun moolimassa, T on lämpötila ja <v ² > on neliönopeuden keskiarvo. Moolimassana M=m/n ja (1/2).m. <v ² > on yhtä suuri kuin kaasuhiukkasten keskimääräinen kineettinen energia, R voidaan katsoa hiukkasmoolin keskimääräisen kineettisen energian suhteeksi lämpötilaan. Toisin sanoen R on suhteellisuusvakio, joka mahdollistaa absoluuttisen lämpötilan määrittämisen atomien ja molekyylien lämpösekoittumisen kannalta.

Nernstin yhtälö ja kaasuvakio

Nernst-yhtälö on termodynaaminen yhtälö, joka mahdollistaa sähkökemiallisen kennon sähkömotorisen voiman (E) määrittämisen epästandardeissa olosuhteissa kennopotentiaalista standardiolosuhteissa (Eº), lämpötilan ja kemiallisten lajien pitoisuudet sähkökemiallinen kenno Redox-reaktio. Yhtälö on seuraava:

Tässä yhtälössä E ja Eº ovat solupotentiaalit epästandardeissa ja vastaavasti standardiolosuhteissa, T on absoluuttinen lämpötila, n vaihdettujen elektronien määrä per mooli reaktiota, F on Faradayn vakio ja Q on reaktio. osamäärä. Jälkimmäinen vastaa niiden reaktiotuotteiden pitoisuuksien tuloa, jotka on nostettu vastaaviin stoikiometrisiin kertoimiinsa jaettuna niiden reaktioreagenssien pitoisuuksien tulolla, jotka on korotettu vastaaviin stoikiometrisiin kertoimiinsa.

Tätä yhtälöä käytettäessä R on annettava jouleina.K ^-1 mol ^-1 , jotta oikean puolen toisen termin tulos on voltteina ja voidaan siten vähentää kennon standardipotentiaalilla.

Kaasuvakio ja Boltzmannin vakio

Boltzmannin vakio on universaali vakio, joka esiintyy Boltzmannin jakauman kaavassa sekä tunnetussa Boltzmannin kaavassa. Ensimmäinen antaa meille mahdollisuuden määrittää niiden molekyylien lukumäärän, joilla voi olla tietty energiataso tietyssä lämpötilassa. Toinen tarjoaa entropian tulkinnan järjestelmän epäjärjestyksen mittana.

Molemmilla yhtälöillä on syvällinen merkitys sekä kemiassa että fysiikassa. No, käy ilmi, että Boltzmannin vakio ei ole muuta kuin sama universaali kaasuvakio, vain jaettuna Avogadron luvulla, joka muuttaa yksikkönsä energiasta.K -1 .mol ^​​-1 energiaksi.K ^{-1 .} hiukkanen ^-1 .

Pohjimmiltaan Boltzmannin vakio ja kaasuvakio edustavat täsmälleen samaa asiaa, vain eri asteikoissa.

Viitteet

Ihanteellinen kaasulaki. (2020, 15. elokuuta). Haettu osoitteesta https://chem.libretexts.org/@go/page/1522

Engineering Toolbox, (2004). Yleiset ja yksittäiset kaasuvakiot . Haettu osoitteesta https://www.engineeringtoolbox.com/individual-universal-gas-constant-d_588.html

Fysikaaliset perusvakiot. (2021, 30. maaliskuuta). Haettu osoitteesta https://espanol.libretexts.org/@go/page/1989

Paine, tilavuus, määrä ja lämpötila liittyvät: ihanteellisen kaasun laki. (2020, 30. lokakuuta). Haettu osoitteesta https://espanol.libretexts.org/@go/page/1869