Прежде чем искать значение словосочетания "газовый закон", необходимо выяснить, что такое газ. Газами называют вещества, частицы которых движутся в пространстве беспорядочно. Эти вещества характеризуются весьма слабыми межмолекулярными, межатомными и межионными взаимодействиями. Также газом называют газообразное состояние, то есть одно из четырех, помимо жидкого, твердого и плазматического, агрегатных состояний вещества. Для газов существуют свои законы. Что же такое газовый закон?
Определение
С физической точки зрения, газовые законы - это такие законы, которые объясняют изопроцессы, протекающие в идеальном газе. Интересен тот факт, что в химии также существуют определенные закономерности для описания таких веществ, которые перекликаются с законами физики. Однако эти законы применимы к реальным газам. Теперь стоит разобраться, что такое идеальный газ и изопроцесс. Приступим.
Идеальный газ
Идеальным газом называется математическая модель реального газа, в которой делается допущение, что между частицами газа полностью отсутствует взаимодействие. Из этого допущения следует, что частицы контактируют только с сосудом, в котором находится вещество, а также то, что масса частиц этого вещества настолько мала, что ее можно полностью исключить из рассмотрения.
Изопроцессы
Чтобы ответить на вопрос, что такое изопроцесс, необходимо обратиться к термодинамике (один из разделов физики). Для описания состояния газа (идеального газа) основными параметрами считают давление, температуру и объем.
Так вот, изопроцессы - это происходящие в газах процессы, при условии, что один из этих трех параметров остается без изменений в течение времени. В изотермических процессах не изменяется температура, в изобарных - давление, а в изохорных - объем.
Уравнение Менделеева-Клапейрона
Прежде чем обсуждать газовые законы, необходимо узнать, что представляет собой уравнение Менделеева-Клапейрона, и какое отношение это уравнение имеет к газам и их законам. Для описания зависимости друг от друга все тех же показателей - давления, объема, температуры, еще добавляется универсальная газовая постоянная и объем (мольный).
Уравнение имеет следующую форму записи: pV = R * T.
R - универсальная газовая постоянная, ее можно рассчитывать самостоятельно, а можно воспользоваться уже известным значением - 8,3144598(48)Дж⁄(моль∙К).
Так, молярный объем является отношением объема к количеству вещества (в молях), а количество вещества, в свою очередь является отношением массы к молярной массе.
Уравнение можно записать следующим образом: pV = (m / M) * R * T.
Какие законы газов существуют в физике
Как говорилось ранее, в физике рассматриваются изопроцессы. Существуют формулы зависимости трех основных величин (объем, давление, температура) друг от друга. Газовые законы в физике:
- Закон Бойля-Мариотта, применяемый в случае изотермического процесса: произведение давления на объем газа остается неизменным с течением времени. Исходя из уравнения Менделеева-Клапейрона - pV= (m / M) * R * T = const, этот закон гласит, что результат умножения давления и объема будет постоянны, при условии, что температура газа и его масса будут неизменными.
- Закон Гей-Люссака, который применяется для изобарных процессов. В этом случае отношение объема и температуры остаются неизменными: V / T = const. Закон Гей-Люссака можно сформулировать следующим образом: если давление и масса газа остаются неизменными во времени, то частное от деления объема на температуру является постоянной величиной.
- Закон Шарля - для изохорных процессов. Отношение давления и температуры не претерпевает изменений: p / T = const. В этом случае соотношение давления газа и температуры является постоянным при неизменности давления и массы.
Газовые законы: химия
Среди таких законов:
- Закон Авогадро. Он формулируется так: равные объемы разных газов содержат одинаковое число молекул при прочих равных условиях (давление и температура). Из этого закона следует - при нормальных условиях (нормальными условиями называют давление 101,235 кПа и температуру 273 К) занимаемый 1 молем объем абсолютно любого газа равняется 22,4 л.
- Закон Дальтона: объемы, занимаемые реагирующими друг с другом газами и получающимися в ходе реакции продуктами, при делении первых на вторые дают в результате небольшие, но именно целые числа, которые называют коэффициентами.
- Закон парциальных давлений: для того чтобы определить давление смеси газов, необходимо сложить давления, создаваемые газами смеси.
Разнообразие законов, применяемых к газам
Возможно, много людей думают, что газы представляют собой самое простое из агрегатных состояний: и частицы движутся беспорядочно, и расстояние между ними максимально (особенно в сравнении с твердыми веществами), и масса этих самых частиц мала. Однако законы, применяемые для описания состояний подобных веществ, весьма разнообразны. Из сказанного выше следует, что не только физика занимается изучением вопроса газовых законов. Причем и в физике, и в химии их не один и не два. Из этого можно прийти к такому умозаключению, что не всегда то, что кажется простым, таковым является и на самом деле.
