Khí lý tưởng là gì? Mô hình khí lý tưởng? Phương trình trạng thái khí lý tưởng – Hằng số khí lý tưởng R là bao nhiêu? hằng số Boltzmann?
Khí lý tưởng
Khí lý tưởng là một loại chất khí tưởng tượng chứa các hạt giống nhau có kích thước vô cùng nhỏ so với thể tích của khối khí và không tương tác với nhau, chúng chỉ va chạm đàn hồi với tường bao quanh khối khí.
Đối với chất khí, thể tích phụ thuộc vào kích thước của bình chứa.
Phương trình trạng thái của chất khí
Rất hữu ích để biết mối liên hệ giữa khối lượng, áp suất và nhiệt độ của khí có khối lượng m.
Phương trình mô tả sự liên hệ giữa các đại lượng này được gọi là phương trình trạng thái.
Một cách tổng quát, phương trình trạng thái là khá phức tạp. Tuy nhiên, nếu khí được duy trì ở áp suất thấp, thì phương trình trạng thái trở nên đơn giản hơn nhiều. Các phương trình trạng thái có thể được xác định từ kết quả thí nghiệm.
Khí có mật độ thấp thường được xem là khí lý tưởng. Và ta có thể dùng mô hình khí lý tưởng để đưa ra các dự đoán phù hợp để mô tả hành vi của các khí thực ở áp suất thấp.
Mô hình khí lý tưởng
Các mô hình khí lý tưởng có thể được sử dụng để đưa ra dự đoán về các cách biến đổi của chất khí.
Nếu chất khí ở áp suất thấp, mô hình này mô tả đầy đủ các biến đổi của các khí thực sự.
Mol
Lượng khí trong một thể tích nhất định được biểu diễn bởi số mol, n.
Một mol của một chất là lượng chất đó có chứa NA hạt cấu thành của chất đó. Với NA là số Avogadro: NA = 6 022 x 1023. Các hạt cấu thành có thể là các nguyên tử hay phân tử.
Số mol có thể được xác định từ khối lượng của các chất:
n = m/M
M là khối lượng mol của chất, có thể thu được từ bảng tuần hoàn, là khối lượng nguyên tử thể hiện trong gam/mol, m là khối lượng của mẫu, n là số mol.
Ví dụ: Một người có khối lượng 4,00 u nên M = 4,00 g / mol
Các định luật về khí
- Khi một chất khí được giữ ở nhiệt độ không đổi, tích giữa áp suất p và thể tích V của nó là một hằng số hay áp suất tỷ lệ nghịch với thể tích của nó (Định luật Boyle).
- Khi một chất khí được giữ ở áp suất không đổi, tỉ số giữa thể tích V và nhiệt độ T không đổi hay thể tích và nhiệt độ tỉ lệ thuận với nhau (Định luật Charles và GayLussac).
- Khi khối lượng của khí được giữ không đổi, tỉ số giữa áp suất p và nhiệt độ T không đổi hay áp suất tỷ lệ thuận với nhiệt độ (Định luật Guy-Lussac).
Phương trình trạng thái của chất khí lý tưởng:
Phương trình trạng thái khí lý tưởng:
PV = nRT
R là hằng số, được gọi là hằng số khí lý tưởng.
R = 8,314 J/mol.K = 0,08214 atm.l/mol.K
Từ đây, bạn có thể xác định rằng 1 mol của bất kỳ chất khí ở áp suất khí quyển và ở 0 độ C là 22,4l.
Định luật khí lý tưởng thường được viết theo tổng số của các phân tử, N, hiện diện trong mẫu.
PV = nRT = (N/NA)RT = NkBT
kB là hằng số Boltzmann, kB = 1,38 x 10-23 J/K
Người ta thường gọi p, V, T và các biến nhiệt động của khí lý tưởng.
Nếu biết phương trình trạng thái, một trong các biến luôn có thể được diễn tả như một hàm của hai biến kia.
