Konstanta gas apa itu, perhitungan dan contoh

Itu konstanta gas Ini adalah konstanta fisik yang muncul dalam beberapa persamaan, menjadi yang paling terkenal yang menghubungkan empat variabel yang menjadi ciri gas ideal: tekanan, volume, suhu dan jumlah materi.

Gas ideal adalah model hipotetis gas, di mana partikel -partikel yang menyusunnya berinteraksi sangat sedikit dan jauh lebih kecil dari total volume yang ditempati. Dalam hal ini, keempat variabel yang disebutkan mengikuti persamaan sederhana berikut, yang dihasilkan dari menggabungkan hukum Boyle, Charles dan Avogadro:

P ∙ v = n ∙ r ∙ t

Gambar 1. Nilai konstanta gas dalam sistem unit yang berbeda. Sumber: f. Zapata.

Di mana p adalah tekanan, v adalah volume, t suhu, n Jumlah mol yang ada dalam bagian gas yang ideal dan r justru konstan gas. Nilainya, ditentukan secara eksperimental adalah 0.0821 l ∙ atm/k ∙ mol.

Dipercayai bahwa denominasi R untuk konstanta adalah untuk menghormati ahli kimia Prancis Henri Victor Regnault (1810-1878), yang bekerja secara luas mengukur sifat-sifat gas.

R konstan dapat diekspresikan dalam sistem unit yang berbeda, dan kemudian perubahan nilai numeriknya. Inilah sebabnya mengapa lebih mudah untuk memperhatikan sistem unit yang digunakan dengan bekerja dan dengan demikian menggunakan nilai konstan yang sesuai.

[TOC]

Bagaimana menentukan konstanta gas

Meskipun kesederhanaan model gas ideal, banyak gas berperilaku dengan cara ini ketika suhunya 0º C (273.15 k) dan tekanan setara dengan 1 atmosfer, disingkat sebagai 1 atm.

Dalam hal ini, 1 mol gas apa pun menempati volume 22.414 l, hanya sedikit lebih dari bola bola basket. Kondisi tekanan dan suhu ini dikenal sebagai kondisi standar.

Jika nilai -nilai Anda diganti dalam persamaan keadaan gas ideal p ∙ v = n ∙ r ∙ t dan hasil berikut dibersihkan: hasil berikut:

Dapat melayani Anda: kekuatan (fisik)

Adalah umum untuk memeriksa nilai konstanta gas melalui percobaan sederhana: misalnya, mendapatkan sebagian gas melalui reaksi kimia dan mengukur tekanan, volume dan suhunya.

Unit konstan gase

Besaran yang terlibat dalam model gas ideal biasanya diukur dalam unit yang berbeda. Nilai yang diberikan di atas sering digunakan dalam perhitungan, tetapi bukan nilai yang sesuai dengan sistem internasional unit SI, yang merupakan standar dalam sains.

Dalam sistem unit ini, Kelvin Itu adalah unit suhu, tekanan diukur Pascal (Pa) dan volume masuk meter kubik (M³).

Untuk menulis konstanta gas dalam sistem unit ini, Anda harus menggunakan faktor konversi berikut, yang menghubungkan atmosfer dengan Pascal, dan liter dengan meter kubik:

1L = 1 x 10^-3 M³

1 atm = 101325 pa

Perhatikan bahwa 1 pascal = 1 newton/m², Jadi 1 pa.M³ = 1 newton ∙ m = 1 joule = 1 j. Joule adalah unit untuk energi, dan konstanta gas menghubungkan energi dengan suhu dan jumlah materi.

Caloria adalah unit yang masih digunakan untuk mengukur energi. Kesetaraan dengan joule adalah:

1 kalori = 4.18 J

Jika Anda lebih suka menggunakan kalori daripada joule, konstanta gas bernilai dalam kasus ini:

R = 1.9872 Cal / K ∙ mol

Dimungkinkan untuk menggabungkan berbagai unit energi, suhu dan jumlah materi untuk mengekspresikan R

Hubungan dengan nomor konstan dan avogadro Boltzmann

Dalam termodinamika ada tiga konstanta penting yang terkait: konstanta gas G, konstanta Boltzmann k_B dan averado n nomor n_KE:

Dapat melayani Anda: konduktor listrik

R = n_KE ∙ k_B

Latihan Aplikasi

Latihan 1

Diinginkan untuk menentukan di laboratorium nilai konstanta gas, di mana jumlah nh amonium nitrat terurai secara termal₄TIDAK₃ dan nitro oksida n diperoleh₂Atau, gas yang dikenal karena efek pembiusannya, selain air.

Percobaan ini diperoleh 0.340 L nitro oksida, setara dengan 0.580 g gas, pada tekanan 718 mmHg dan suhu 24ºC. Tentukan berapa banyak R dalam kasus ini, dengan asumsi bahwa nitro oksida berperilaku seperti gas yang ideal.

Larutan

Millimeter merkuri juga merupakan unit untuk mengukur tekanan. Dalam hal ini, konstanta gas dinyatakan dalam hal satu set unit lain. Adapun adonan dalam gram, ini bisa menjadi tahi lalat melalui formula nitro oksida, berkonsultasi dalam tabel massa atom nitrogen dan oksigen:

-Nitrogen: 14.0067 g/mol

-Oksigen: 15.9994 g/mol

Oleh karena itu 1 mol oksida nitro memiliki:

(2 x 14.0067 g/mol) + 15.9994 g/mol = 44.0128 g/mol

Sekarang jumlah gram nitro oksida menjadi tahi lalat menjadi:

0.580 g = 0.580 g x 1mol /44.0128 G = 0.013178 mol

Di sisi lain, 24 ºC setara dengan 297.17 K, dengan cara ini:

Dalam set unit ini, nilai konstanta gas dalam kondisi standar, sesuai dengan tabel, adalah r = 62.36365 mmHg ∙ l /k ∙ mol. Dapatkah pembaca membuat dugaan tentang alasan perbedaan kecil ini?

Latihan 2

Tekanan atmosfer bervariasi dengan ketinggian menurut:

Di mana P dan PO mewakili, masing -masing, tekanan pada ketinggian H dan di permukaan laut, G adalah nilai akrab dari percepatan gravitasi, m adalah massa molar rata -rata udara, R adalah konstanta gas dan suhu T.

Dapat melayani Anda: aturan tangan kanan

Itu diminta untuk menemukan tekanan atmosfer pada ketinggian h = 5 km, dengan asumsi bahwa suhu dipertahankan pada 5ºC.

Data:

G = 9.8 m /s²

M = 29.0 g/mol = 29.0 x 10^-3 kg/mol

R = 8.314 j/ k ∙ mol

P_{salah satu} = 1 atm

Gambar 2. Altimeter barometrik berfungsi untuk mengukur ketinggian, berdasarkan ketergantungan antara tekanan dan ketinggian. Sumber: Wikimedia Commons.

Larutan

Nilai -nilai diganti, berhati -hati untuk mempertahankan homogenitas unit dalam argumen eksponensial. Karena nilai percepatan gravitasi diketahui dalam unit SI, argumen (yang tidak dimensi) bekerja dalam unit -unit ini:

H = 5 km = 5000m

T = 5 ºC = 278.15 k

-GMH/RT = (- 9.8 x 29.0 x 10^-3x 5000) / (8.314 j/ k ∙ mol x 278.15 k) = -0.6144761

Dan^-0.6144761 = 0.541

Karena itu:

P = 0.541 x 1 atm = 0.541 ATM

Kesimpulan: Tekanan atmosfer berkurang hampir setengah nilainya di permukaan laut saat tingginya 5 km (Everest memiliki ketinggian 8.848 km).

Referensi

1. Atkins, hlm. 1999. Kimia Fisik. Edisi Omega.
2. Bauer, w. 2011. Fisika untuk Teknik dan Ilmu Pengetahuan. Volume 1. MC Graw Hill.
3. Chang, R. 2013. Kimia. 11va. Edisi. Pendidikan MC Graw Hill.
4. Giancoli, d.  2006. Fisika: Prinsip dengan aplikasi. 6. Ed Prentice Hall.
5. Hewitt, Paul. 2012. Ilmu Fisik Konseptual. Ke -5. Ed. Pearson.