Ekuacioni ideal i gazit është një ekuacion që mund të përdoret për gazet dhe përzierjet e gazrave. Lidhet me sasitë (molet dhe volumin) e një gazi me kushtet fizike (presioni dhe temperatura) nëpërmjet një konstante fizike (konstantja ideale e gazit, R).
Ekuacioni ideal për gazin është një formulë e thjeshtë që lidh presionin, volumin dhe temperaturën e një gazi ideal. Formula është PV = nRT, ku P është presioni, V është vëllimi, T është temperatura, n është sasia e substancës, dhe R është konstanta e gazit. Një gaz ideal është një gaz në të cilin grimcat nuk tërheqin apo sprapsin njëra-tjetrën dhe nuk zënë hapësirë. Ligji ideal për gazin siguron një përafrim të mirë të sjelljes reale të gazit në shumë kushte.
Ekuacioni ideal i gazit është një formulë e rëndësishme që përfaqëson marrëdhënien midis një presioni gazi, volumit, numrit të moleve, temperaturës dhe konstantes së gazit molar (8.31 J⋅K−1⋅Mol−1).
Gjendja e një gazi ideal përcaktohet nga parametrat makroskopikë dhe mikroskopikë si presioni, vëllimi, temperatura. Kështu, ekuacioni ideal i gazit është shkruar shpesh si:
pV=nRT
Ku,
- P është presioni i gazit ideal.
- V është volumi i gazit ideal.
- n është sasia e gazit ideal të matur për sa i përket moleve.
- R është konstantja e gazit.
- T është temperatura.
Koncepti ideal i gazit është i dobishëm sepse i bindet ligjit ideal të gazit, një ekuacioni të thjeshtuar të gjendjes dhe është i përshtatshëm për t’u analizuar nën mekanikën statistikore. Për të kontrolluar derivimin e ekuacionit ideal të gazit1, kliko linkun.
Njësitë e ekuacionit ideal të gazit
Njësitë ideale të ekuacionit të gazit, termat dhe përkufizimet përkatëse mund të shprehen si më poshtë:
| Termat | Simboli dhe Njësitë | Përkufizimi |
| Presioni | P [Pa] ose [N/m2] | Forca për njësi zonë (sipërfaqe). |
| Vëllimi | V [m3] | Hapësira tredimensionale e mbyllur nga sipërfaqja e mbyllur. |
| Sasia e substancave/numri i moleve | n [Mole] | Raporti i masës së gazit(m) me masën molare të tij(M). |
| Konstantja ideale e gazit | R [8.3144598(48) J⋅K-1⋅mol-1] | Konstantja fizike lidhet me energjinë mesatare kinetike të një gazi ideal me temperaturën. Shprehet në njësitë e energjisë për rritje të temperaturës për mol. |
| Temperatura | T [K] ose [0C] | Masa e nxehtësisë. |
- Ndonjëherë, temperatura duhet të konvertohet nga gradë Celsius (°C) në Kelvin (K). Për ta bërë këtë duhet shtohet 273°C (zero e temperaturës absolute), sipas relacionit: (°C) +273 = (K).
Çfarë është ekuacioni ideal i gazit?
Në termodinamikë, ligji ideal i gazit është një përafrim i mirëpërcaktuar i sjelljes së shumë gazeve në kushte të ndryshme. Ekuacioni ideal i gazit është kombinimi i ligjeve empirike si ligji i Charle (ligji i vëllimeve)2, ligji i Boyle3, ligji i Gay-Lussac4 dhe ligji i Avogadros5.
Ekuacioni ideal i gazit është ekuacioni që përcakton gjendjet e gazeve hipotetike të shprehura matematikisht nga kombinimet e konstanteve empirike dhe fizike. Quhet edhe ekuacioni i përgjithshëm i gazit. Mund të përkufizohet si:
“Ligji ideal i gazit është ekuacioni i gjendjes së një gazi ideal hipotetik. Është një përafrim i mirë i sjelljes së shumë gazeve në shumë kushte, edhe pse ka disa kufizime“.
Çfarë është gazi ideal?
Gazi ideal nuk ekziston në realitet. Është një gaz hipotetik i propozuar për të thjeshtuar llogaritjet.
Një gaz ideal është një gaz teorik i përbërë nga një grup grimcash pikash që lëvizin rastësisht që ndërveprojnë vetëm nëpërmjet përplasjeve elastike.
- Në gazin ideal, molekulat e gazit lëvizin lirisht në të gjitha drejtimet, dhe përplasja mes tyre konsiderohet të jetë krejtësisht elastike, gjë që nuk nënkupton asnjë humbje në energjinë kinetike6 për shkak të përplasjes.
- Edhe pse nuk ka gaz ideal, i gjithë gazi i vërtetë priret t’i afrohet kësaj vetije kur dendësia ulet mjaftueshëm. Kjo është e mundur sepse molekulat e gazit janë aq larg njëra-tjetrës, saqë nuk bashkëveprojnë me njëra-tjetrën. Kështu, koncepti ideal i gazit na ndihmon në studimin e gazeve të vërteta.
Ekuacioni ideal i gazit – shpjegohet
Për të studiuar vetit e gazeve duhet të kemi një gaz standard për të studiuar, por cili gaz duhet të jetë? Hidrogjeni, oksigjeni, heliumi, azoti, dioksidi i karbonit për të përmendur disa, dhe ka mijëra gaze të tjera që mund të studionim.
Studiuesit kanë zbuluar se pavarësisht se çfarë gazi studioni nëse merrni një mostër me një mol të atij gazi dhe e vendosni në të njëjtin enë dhe mbani një temperaturë konstante, presioni është pothuajse i njëjtë, dhe në densitet më të ulët, edhe ato dallime të vogla në matje gjithashtu zhduken.
Kështu, me dendësi vërtet të ulët, të gjitha gazet e vërteta priren t’i binden një ligji universal të quajtur ligji ideal i gazit.
Ky ligj përshkruhet nga një ekuacion i njohur si ekuacioni ideal i gazit: PV = nRT
Kufizimet
Edhe pse ekuacioni ideal i gazit ka shumë kufizime.
- Ky ekuacion mban mirë për aq kohë sa dendësia mbahet e ulët.
- Ky ekuacion është i zbatueshëm për gazin e vetëm apo edhe për një përzierje të gazrave të shumëfishta ku ‘n‘ do të qëndrojë për molet totale të grimcave të gazit në përzierjen e dhënë.
Ekuacioni i gjendjes të një gazi ideal shpjegon marrëdhënien e thjeshtë midis parametrave ose vetive që janë shumë gjenerike dhe të sakta. Në përgjithësi, një ekuacion që lidhet me relacionin midis P, V, T të një gazi ideal quhet Ekuacioni i Gjendjes. Ndonjëherë relacioni që përfshin parametra të tjerë të një substance në gjendje ekuilibri quhet edhe Ekuacioni i Gjendjeve.
Ekuacioni më i thjeshtë i gjendjes për substancat në fazën e gazit është ekuacioni ideal-gaz i gjendjes si:
PV =RT
Ekuacioni ideal i gazit në forma të tjera
Ekuacioni ideal i gazit mund të rishkruhet në mënyra të shumta në varësi të disiplinave. Disa prej tyre janë dhënë më poshtë:
Forma e përbashkët:
Forma më e përdorur e ekuacionit ideal të gazit është:
PV = nRT = NkBT
Ku,
- P është presioni i gazit ideal.
- V është volumi i gazit ideal.
- n është sasia e gazit ideal të matur për sa i përket moleve.
- R është konstantja e gazit.
- T është temperatura.
- N është numri i molekulave të gazit (N=NAn)
- kB është konstantja Boltzmann.
- NA është konstantja e Avogadros.
Forma molare:
Kjo formë alternative e ekuacionit ideal të gazit është e dobishme sepse specifikon saktë sasinë e gazit. Këtu në vend të masës së molekulave të gazit përdoret masa e saj ekuivalente kimike. Kështu, forma molare jepet si:
Pv = RspecifikeT
Ku,
- P është presioni i gazit ideal
- v është vëllimi specifik i dhënë nga
v=1R=1(mV)
- Rspecifike është konstantja specifike e gazit e dhënë nga
Rspecifike=RM
- T është temperatura
- –
Mekanika statistikore7
Në mekanikën statistikore, ekuacioni molekular i mëposhtëm rrjedh nga parimet e paraP=nkBT,
ku P është presioni absolut i gazit, n është densiteti i numrit të molekulave (dhënë nga raporti n = N/V, në ndryshim nga formulimi i mëparshëm në të cilin n është numri i moleve), T është temperatura absolute, dhe kB është konstanta Boltzmann që lidhen me temperaturën dhe energjinë, Dhënë nga: kB=R/NA
ku NA është konstantja Avogadro.
–
Pyetje që bëhen shpesh mbi ekuacionin ideal të gazit
P1
Çfarë është gazi ideal?
Gazi ideal nuk ekziston në realitet. Është një gaz hipotetik i propozuar për të thjeshtuar llogaritjet. Në gazin ideal, molekulat e gazit lëvizin lirisht në të gjitha drejtimet, dhe përplasja mes tyre konsiderohet të jetë krejtësisht elastike, gjë që nuk nënkupton asnjë humbje në energjinë kinetike për shkak të përplasjes.
P2
Cila është forma e lakores P-T për një gaz ideal?
Forma e lakores P-T për një gaz ideal është një vijë e drejtë.
P3
Cila është forma e lakores V-T për një gaz ideal?
Forma e lakores V-T për një gaz ideal është një vijë e drejtë.
P4
Cili është faktori kompresues i një gazi ideal?
Është gjithmonë 1.
P5
Çfarë do të thotë një lëng?
Një lëng është një material që deformohet vazhdimisht nën një forcë të jashtme të ushtruar ose stres të qethjes. Ajo nuk mund t’i rezistojë asnjë force qethëse të aplikuar ndaj saj.
P6
Cili është ekuacioni i një gazi ideal?
Ekuacioni i një gazi ideal është shkruar si, PV = nRT
P7
Kush e zhvilloi teorinë kinetike të gazrave?
James Clerk Maxwell zhvilloi teorinë kinetike të gazrave.
P8
Të japim një kufizim të ekuacionit ideal të gazit?
Ekuacioni ideal i gazit është i vlefshëm për aq kohë sa dendësia është e ulët.
P9
Cilat janë ligjet që kombinohen në ekuacionin ideal të gazit?
Ekuacioni ideal i gazit është kombinimi i ligjeve themelore si ligji i Avogadros, ligji i Charle, ligji i Gay-Lussac dhe ligji i Boyle.
P10
Cila është vlera e konstantes universale të gazit (R)?
Vlera e konstantes universale të gazit është 8.314 kJ/mol K.
P11
Cilët janë shembujt kryesorë të gazrave idealë?
Në kushte të kontrolluara, shumica e gazeve elementare, si hidrogjeni, azoti, oksigjeni, gazet fisnike etj., veprojnë si gaze ideale.
–
Shembuj8
Të përdorësh ligjet ideale për gazin?
Ligjet ideale të gazit mund të zbatohen për të gjetur volumin e gazeve të prodhuara ose të konsumuara. Ekuacioni ideal i gazit është përdorur për të ndërkonvertuar midis sasive molare dhe vëllimeve në ekuacionet e reaksionit kimik.
Shembulli 1: pV=nRT
Llogaritni molet e N2 gaz në një presion të 100kPa, temperatura 30°C, vëllimi 450 Cm3.
Konstantja e gazit molar është 8.31 J K−1 Mol−1
Në formul pV=nRT zavendsoim vlerat, fitojmë: n=pV/RT
n = (100000 *0.00045) / (8.31*303) = 0.0178 mol N2
Shembulli 2: pV=nRT
Molet e gazit në një flask të 12dm3 është 0.725. Përdorni ekuacionin ideal të gazit për të përcaktuar temperaturën (T) në °C, në të cilën presioni në flask është 3.3×105Pa.
Në formul pV=nRT zavendsoim vlerat, fitojmë: T=pV/nR
T = (3.3*105*12*10-3) / (0.724*8.31) = 654K = 384°C
–
Referenca
- Ideal Gas Law – Equation, Derivation, Solved Examples, and FAQs ↩︎
- Charles Law Questions – Practice Questions of Charles Law with Answer & Explanations ↩︎
- Boyle’s law – Wikipedia ↩︎
- Gay-Lussac’s Law: Statement, Formula, and Example ↩︎
- Avogadro’s law – Wikipedia ↩︎
- Kinetic energy – Energy – National 5 Physics Revision – BBC Bitesize ↩︎
- Ideal gas law – Wikipedia ↩︎
- The Ideal Gas Equation | MME ↩︎
