Что такое закон об идеальном газе?

Закон идеального газа - это уравнение, используемое в химии для описания поведения «идеального газа», гипотетического газообразного вещества, которое движется случайным образом и не взаимодействует с другими газами. Уравнение сформулировано как PV = nRT, что означает, что объемное время давления равно числу молей, умноженному на постоянную времени идеального газа и температуру. Закон идеального газа обычно используется с системой единиц СИ, поэтому P - в Паскалях, V - в кубических метрах, n - безразмерно и представляет число молей, R - в джоулях, деленных на Кельвины, умноженные на моли, и T - в Кельвинов. Закон также может быть задан как PV = NkT, где число частиц (N) заменяет число молей, а постоянная Больцмана заменяет постоянную идеального газа.

Один важный элемент, который должны понимать те, кто работает с законом идеального газа, заключается в том, что он работает только в идеализированных теоретических ситуациях. Реальные газы взаимодействуют друг с другом и с самими собой в различной степени, и эти взаимодействия умаляют случайность движения частиц газа. Например, при низких температурах и высоких давлениях силы притяжения между газами могут существенно изменить поведение газов. При достаточно низких температурах и высоких давлениях многие газы даже становятся жидкостями, но закон идеального газа не учитывает такое поведение.

Существует множество вариантов использования закона идеального газа, но они почти всегда связаны с теоретическими ситуациями. Можно использовать закон идеального газа, чтобы определить любое из неизвестных свойств идеального газа, предполагая, что каждый знает остальные свойства. Если, например, давление, число молей и температура известны, можно вычислить объем с помощью простой алгебры. В некоторых случаях закон идеального газа можно использовать в реальных ситуациях, но только с газами, поведение которых близко соответствует закону при определенных условиях температуры и давления, и даже тогда его можно использовать только в качестве приблизительного.

Закон об идеальном газе обычно подробно изучается на уроках химии в средней школе и колледже. Студенты используют закон, чтобы изучить основы вычисления в химии, и часто требуется сделать несколько единиц преобразования, прежде чем применять уравнение. Закон также иллюстрирует несколько важных понятий о поведении газов. Это показывает, например, что увеличение давления газовой системы имеет тенденцию соответствовать уменьшению объема, и наоборот. Важно понимать продемонстрированные взаимосвязи, даже если это уравнение нельзя использовать для точных расчетов реальных газовых систем.