UNDANG-UNDANG GAS YANG IDEAL: FORMULA DAN UNIT, APLIKASI, CONTOH - KIMIA - 2026

Undang- undang gas ideal adalah persamaan keadaan yang menggambarkan hubungan antara fungsi keadaan yang berkaitan dengan gas ideal; seperti suhu, tekanan, isi padu, dan bilangan mol. Undang-undang ini membenarkan mempelajari sistem gas sebenar dengan membandingkannya dengan versi idealnya.

Gas yang ideal adalah gas teori, terdiri daripada zarah titik atau sfera yang bergerak secara rawak; dengan tenaga kinetik yang tinggi, di mana satu-satunya interaksi di antara mereka adalah kejutan elastik sepenuhnya. Di samping itu, mereka mematuhi undang-undang gas yang ideal.

Undang-undang gas yang ideal membolehkan kajian dan pemahaman banyak sistem gas sebenar. Sumber: Pxhere.

Pada tekanan dan suhu standard (STP): tekanan 1 atm, dan suhu 0 ºC, kebanyakan gas sebenar berperilaku kualitatif sebagai gas ideal; selagi ketumpatannya rendah. Jarak antara molekul atau interatomik yang besar (untuk gas mulia) memudahkan penghampiran tersebut.

Dalam keadaan STP, oksigen, nitrogen, hidrogen, gas mulia, dan beberapa gas dalam bentuk sebatian, seperti karbon dioksida, berperilaku seperti gas yang ideal.

Model gas yang ideal cenderung gagal pada suhu rendah, tekanan tinggi, dan kepadatan zarah tinggi; apabila interaksi antara molekul, dan juga ukuran zarah, menjadi penting.

Undang-undang gas yang ideal adalah komposisi dari tiga undang-undang gas: undang-undang Boyle dan Mariotte, undang-undang Charles dan Gay-Lussac, dan undang-undang Avogadro.

Formula dan unit

Undang-undang gas dinyatakan secara matematik dengan formula:

PV = nRT

Di mana P adalah tekanan yang diberikan oleh gas. Biasanya dinyatakan dengan unit atmosfer (atm), walaupun dapat dinyatakan dalam unit lain: mmHg, pascal, bar, dll.

Isi padu V yang dihuni oleh gas biasanya dinyatakan dalam unit liter (L). Sementara n adalah bilangan mol, R pemalar gas sejagat, dan T suhu dinyatakan dalam Kelvin (K).

Ungkapan yang paling banyak digunakan dalam gas untuk R sama dengan 0,08206 L · atm · K ^-1 · mol ^-1 . Walaupun unit SI untuk pemalar gas mempunyai nilai 8.3145 J · mol ^-1 · K ^-1 . Kedua-duanya berlaku selagi anda berhati-hati dengan unit pemboleh ubah lain (P, T dan V).

Undang-undang gas yang ideal adalah gabungan undang-undang Boyle-Mariotte, undang-undang Charles-Gay-Lussac, dan undang-undang Avogadro.

Undang-undang Boyle-Mariotte

Peningkatan tekanan dengan mengurangkan isipadu bekas. Sumber: Gabriel Bolívar

Ia dirumuskan secara bebas oleh ahli fizik Robert Boyle (1662) dan ahli fizik dan ahli botani Edme Mariotte (1676). Undang-undang tersebut dinyatakan sebagai berikut: pada suhu tetap, isipadu jisim gas tetap berbanding terbalik dengan tekanan yang diberikannya.

PV ∝ k

Dengan menggunakan usus besar:

P ₁ V ₁ = P ₂ V ₂

Undang-undang Charles-Gay-Lussac

Tanglung Cina atau menginginkan belon. Sumber: Pxhere.

Undang-undang ini diterbitkan oleh Gay-Lussac pada tahun 1803, tetapi merujuk kepada karya yang tidak diterbitkan oleh Jacques Charles (1787). Atas sebab ini undang-undang ini dikenali sebagai undang-undang Charles.

Undang-undang tersebut menyatakan bahawa pada tekanan berterusan, ada hubungan langsung berkadar antara volume yang dihuni oleh gas dan suhunya.

V ∝ k ₂ T

Dengan menggunakan usus besar:

V ₁ / T ₁ = V ₂ / T ₂

V ₁ T ₂ = V ₂ T ₁

Undang-undang Avogadro

Undang-undang tersebut diucapkan oleh Amadeo Avogadro pada tahun 1811, menunjukkan bahwa jumlah semua gas yang sama, pada tekanan dan suhu yang sama, memiliki jumlah molekul yang sama.

V ₁ / n ₁ = V ₂ / n ₂

Apa yang dinyatakan oleh undang-undang gas ideal?

Undang-undang gas yang ideal menetapkan hubungan antara empat sifat fizikal gas bebas: tekanan, isipadu, suhu, dan kuantiti gas. Cukup dengan mengetahui nilai tiga daripadanya, untuk dapat memperoleh yang lain.

Undang-undang menetapkan syarat-syarat yang menunjukkan kapan gas berperilaku ideal, dan ketika gas tersebut menjauhkan diri dari perilaku ini.

Contohnya, faktor pemampatan yang disebut (PV / nRT) mempunyai nilai 1 untuk gas ideal. Pemergian dari nilai 1 untuk faktor pemampatan menunjukkan bahawa tingkah laku gas jauh dari yang ditunjukkan oleh gas yang ideal.

Oleh itu, kesalahan akan dibuat semasa menerapkan persamaan gas ideal pada gas yang tidak berkelakuan sesuai dengan model.

Permohonan

Pengiraan ketumpatan dan jisim molar gas

Persamaan undang-undang gas yang ideal boleh digunakan untuk mengira ketumpatan gas dan jisim molarnya. Dengan melakukan pengubahsuaian mudah, dapat dijumpai ungkapan matematik yang mengaitkan ketumpatan (d) gas dan jisim molarnya (M):

d = MP / RT

Dan membersihkan M:

M = dRT / P

Pengiraan isipadu gas yang dihasilkan dalam tindak balas kimia

Stoikiometri adalah cabang kimia yang mengaitkan jumlah setiap reaktan yang ada dengan produk yang mengambil bahagian dalam tindak balas kimia, yang umumnya dinyatakan dalam tahi lalat.

Penggunaan persamaan gas yang ideal memungkinkan penentuan isipadu gas yang dihasilkan dalam tindak balas kimia; kerana bilangan mol boleh didapati dari tindak balas kimia. Kemudian jumlah gas dapat dikira:

PV = nRT

V = nRT / P

Dengan mengukur V hasil atau kemajuan tindak balas tersebut dapat ditentukan. Apabila tidak ada lagi gas, ini menunjukkan bahawa reagen habis sepenuhnya.

Pengiraan tekanan separa gas yang terdapat dalam campuran

Undang-undang Gas Ideal dapat digunakan, bersama dengan hukum tekanan parsial Dalton, untuk menghitung tekanan separa dari gas yang berlainan yang terdapat dalam campuran gas.

Hubungan itu berlaku:

P = nRT / V

Untuk mengetahui tekanan setiap gas yang terdapat dalam campuran.

Isi padu gas yang terkumpul di dalam air

Reaksi dilakukan yang menghasilkan gas, yang dikumpulkan melalui reka bentuk eksperimen di dalam air. Tahap tekanan gas ditambah tekanan wap air diketahui. Nilai yang terakhir dapat diperoleh dalam tabel dan dengan mengurangkan tekanan gas dapat dikira.

Dari stoikiometri tindak balas kimia, bilangan mol gas dapat diperoleh, dan menerapkan hubungan:

V = nRT / P

Isi padu gas yang dihasilkan dikira.

Contoh pengiraan

Latihan 1

Gas mempunyai ketumpatan 0,0847 g / L pada 17 ° C, dan tekanan 760 torr. Berapakah jisim molarnya? Apakah gas itu?

Kami bermula dari persamaan

M = dRT / P

Kami mula-mula menukar unit suhu ke kelvin:

T = 17 ºC + 273.15 K = 290.15 K

Dan tekanan 760 torr sepadan dengan tekanan 1 atm. Sekarang anda hanya perlu mengganti nilai dan menyelesaikan:

M = (0,0847 g / L) (0,08206 L atm K ^-1 mol ^-1 ) (290,15 K) / 1 atm

M = 2.016 g / mol

Ini massa molar boleh sesuai dengan spesies tunggal: molekul hidrogen dwiatom, H ₂ .

Latihan 2

Jisim 0,00553 g merkuri (Hg) dalam fasa gas dijumpai dalam isipadu 520 L, dan pada suhu 507 K. Hitung tekanan yang diberikan oleh Hg. Jisim molar Hg ialah 200.59 g / mol.

Masalahnya diselesaikan dengan menggunakan persamaan:

PV = nRT

Maklumat mengenai bilangan mol Hg tidak muncul; tetapi ia dapat diperoleh dengan menggunakan jisim molar mereka:

Bilangan mol Hg = (0,00553 g Hg) (1 mol Hg / 200,59 g)

= 2,757 10 ^-5 mol

Sekarang kita hanya perlu menyelesaikan P dan menggantikan nilai:

P = nRT / V

= (2,757 · 10 ^-5 mol) (8,206 · 10 ^-2 L · atm · K ^-1 · mol ^-1 ) (507 K) / 520 L

= 2.2 10 ^-6 atm

Latihan 3

Hitung tekanan yang dihasilkan oleh asid hidroklorik yang dihasilkan dengan bertindak balas 4.8 g gas klorin (Cl ₂ ) dengan gas hidrogen (H ₂ ), dalam isipadu 5.25 L, dan pada suhu 310 K. Jisim molar dari Cl ₂ ialah 70.9 g / mol.

H _{2 (g)} + Cl _{2 (g)} → 2 HCl _(g)

Masalahnya diselesaikan dengan menggunakan persamaan gas yang ideal. Tetapi jumlah HCl dinyatakan dalam gram dan bukan dalam mol, jadi transformasi yang betul dilakukan.

Mol HCl = (4,8 g Cl ₂ ) (1 mol Cl ₂ / 70,9 g Cl ₂ ) (2 mol HCl / 1 mol Cl ₂ )

= 0.135 mol HCl

Menggunakan persamaan undang-undang gas yang ideal:

PV = nRT

P = nRT / V

= (0.135 mol HCl) (0.08206 L atm K ^-1 mol ^-1 ) (310 K) / 5.25 L

= 0.65 atm

Latihan 4

Sampel 0.130 g sebatian gas menempati isipadu 140 mL pada suhu 70 ° C dan tekanan 720 torr. Berapakah jisim molarnya?

Untuk menerapkan persamaan gas yang ideal, terlebih dahulu perlu dilakukan beberapa perubahan:

V = (140 mL) (1 L / 1000 mL)

= 0.14 L

Mengambil isipadu dalam liter, kita sekarang mesti menyatakan suhu dalam kelvin:

T = 70 ºC + 273.15 K = 243.15 K

Dan akhirnya, kita mesti mengubah tekanan dalam unit atmosfer:

P = (720 torr) (1 atm / 760 torr)

= 0.947 atm

Langkah pertama dalam menyelesaikan masalah adalah dengan mendapatkan bilangan mol sebatian tersebut. Untuk ini, persamaan gas ideal digunakan dan kami menyelesaikan untuk n:

PV = nRT

n = PV / RT

= (0,947 atm) (0,14 L) / (0,08206 L atm K ^-1 mol ^-1 ) (243,15 K)

= 0.067 mol

Anda hanya perlu mengira jisim molar dengan membahagi gram dengan mol yang diperoleh:

Jisim molar = gram sebatian / bilangan mol.

= 0.130 g / 0.067 mol

= 19.49 g / mol

Rujukan

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia. (Edisi ke-8.) Pembelajaran CENGAGE.
2. Ira N. Levine. (2014). Prinsip Fisikokimia. Edisi keenam. Bukit Mc Graw.
3. Batu Permata. (1970). Perjanjian kimia fizikal. Edisi kedua. Aguilar.
4. Mathews, CK, Van Holde, KE, dan Ahern, KG (2002). Biokimia. 3 ^adalah Edisi. Penerbit Pearson Addison Wesley.
5. Wikipedia. (2019). Gas yang sesuai. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
6. Pasukan Pengarang. (2018). Undang-undang Boyle atau undang-undang Boyle-Mariotte - Undang-undang gas. Dipulihkan dari: iquimicas.com
7. Jessie A. Kunci. (sf). Undang-undang Gas Ideal dan Beberapa Aplikasi. Dipulihkan dari: opentextbc.ca