Jakie jest prawo gazu doskonałego?

Prawo gazu doskonałego jest równaniem stosowanym w chemii do opisania zachowania „gazu doskonałego”, hipotetycznej substancji gazowej, która porusza się losowo i nie wchodzi w interakcje z innymi gazami. Równanie jest sformułowane jako PV = nRT, co oznacza, że ​​ciśnienie razy objętość jest równa liczbie moli razy idealnej stałej gazowej razy temperatura. Idealne prawo gazu jest ogólnie stosowane w układzie jednostek SI, więc P jest w paskalach, V jest w metrach sześciennych, n jest bezwymiarowy i reprezentuje liczbę moli, R jest w dżulach podzielonych przez kelwiny razy mole, a T jest w Kelvins. Prawo można również podać jako PV = NkT, przy czym liczba cząstek (N) zastępuje liczbę moli, a stała Boltzmanna zastępuje idealną stałą gazu.

Ważnym elementem, który muszą zrozumieć osoby pracujące z prawem gazu doskonałego, jest to, że działa on tylko w wyidealizowanych, teoretycznych sytuacjach. Gazy rzeczywiste w różnym stopniu oddziałują ze sobą i ze sobą, a interakcje te pogarszają losowość ruchu cząstek gazu. Na przykład w niskich temperaturach i wysokich ciśnieniach siły przyciągania między gazami mogą znacząco zmienić sposób, w jaki zachowują się gazy. W wystarczająco niskich temperaturach i wysokich ciśnieniach wiele gazów staje się nawet cieczami, ale prawo gazu doskonałego nie uwzględnia tego zachowania.

Istnieje wiele zastosowań idealnego prawa gazu, ale prawie zawsze dotyczą one sytuacji teoretycznych. Można użyć prawa gazu doskonałego, aby określić dowolną z nieznanych właściwości gazu doskonałego, zakładając, że zna się pozostałe właściwości. Jeśli na przykład znane jest ciśnienie, liczba moli i temperatura, można obliczyć objętość za pomocą prostej algebry. W niektórych przypadkach prawo gazu doskonałego może być stosowane w rzeczywistych sytuacjach, ale tylko w przypadku gazów, których zachowania ściśle przestrzegają prawa w określonych warunkach temperatury i ciśnienia, a nawet wtedy można je stosować jedynie jako przybliżenie.

Prawo dotyczące gazu doskonałego jest zwykle nauczane bardzo szczegółowo na lekcjach chemii w szkołach średnich i wyższych. Uczniowie używają prawa, aby nauczyć się podstaw obliczeń w chemii i często muszą dokonać kilku konwersji jednostek przed faktycznym zastosowaniem równania. Prawo ilustruje również kilka ważnych koncepcji dotyczących zachowań gazów. Pokazuje, na przykład, że wzrost ciśnienia w układzie gazowym zwykle odpowiada zmniejszeniu objętości i odwrotnie. Ważne jest zrozumienie pokazanych związków, nawet jeśli równania nie można użyć do dokładnych obliczeń rzeczywistych układów gazowych.