Atomok elsődleges kölcsönhatás
kovalens
véges számú atom
molekulák
térhálós szerkezet „3D”
ionos
ionos vegyületek
atomrácsos vegyületek
gázok, folyadékok, szilárd anyagok
szilárd
fémes
fémek ötvözetek
Gázok Molekulák közti összetartó erők kicsik: Másodlagos kötőerők: apoláris molekulák indukált dipól – indukált dipól kölcsönhatás diszperziós (London-féle) poláris molekulák dipól – dipól kölcsönhatás (+ diszperziós)
Gázok A teret kitöltik. →Homogének. Összenyomhatóak.
Ideális gázok : a molekulák közti kölcs. elhanyagolható Reális gázok
Gázok Bármely gáz fizikai állapota az alábbi négy adattal jellemezhető: 1. Nyomás 2. Hőmérséklet 3. Térfogat 4. Mennyiség
Gáz nyomása
Nyomás:
Erő Felület A véletlenszerűen mozgó molekulák ütköznek az edény falával és így nyomóerőt fejtenek ki.
Gázok
Nyomás / atm
Boyle-Mariotte törvény
Robert Boyle (1627–1691)
Edme Mariotte (1620–1684)
Adott mennyiségű ideális gázra, adott hőmérsékleten:
pV=állandó Két állapotra: Térfogat
p1V1=p2V2
Gázok Gay-Lussac törvény
nyomásmérő
nyomásmérő
jeges víz
forró víz
Adott mennyiségű és térfogatú ideális gázra: Joseph Louis Gay-Lussac (1778 – 1850) A bór és a jód felfedezője. Léggömbbel vizsgálta a levegő összetételének, valamint a Föld mágneses térerejének változását. A meteorológia tudomány egyik „alapítója”.
p/T=állandó Két állapotra: p1/T1=p2/T2
Gázok Charles-Gay Lussac törvény Térfogat / ml
Jacques Alexandre César Charles (1746 – 1823) Adott mennyiségű és állandó nyomású ideális gázra:
V/T=állandó Hőmérséklet / ºC
Két állapotra: V1/T1=V2/T2
Egyesített gáztörvény Adott mennyiségű ideális gázra:
pV/T=állandó Két állapotra: p1V1/T1=p2V2/T2
Számítási feladat: Van két csappal összekötött 1-1 literes tartály. Az egyikben vákuum van, a másikban nitrogén gáz, melynek nyomása 30 kPa. A hőmérséklet 25 ºC. Mennyi lesz a nyomás a tartályokban, ha a csapot kinyitjuk és a hőmérsékletet 50 º-ra emeljük ?
Ha csak kinyitjuk: 15 kPa Kinyitjuk és a hőmérsékletet emeljük: 16,26 kPa
Gázok Avogadro-törvény: Azonos nyomású, térfogatú és hőmérsékletű gázokban a részecskeszám is azonos. Másképp:
V = nVm
Vm: moláris térfogat, [m3/mol] n: mólszám [mol]
Ideális gázok moláris térfogata 101,325 kPa nyomáson ----------------------------------------------------------------------0 °C 22,41 dm3 20 °C 24,0 dm3 25 °C 24,5 dm3
Gázok p, T, V – állapotjelzők Ideális gázok: a gázmolekulák között nincs kölcsönhatás
Ideális gáztörvény:
pV = nRT R = 8,314 J K–1 mol–1 = 8,314 m3 Pa K–1 mol–1 (gázállandó)
Feladat: egy 0,5 dm3 térfogatú edényben oxigéngáz van. A hőmérséklet 25 ºC. Az edényben a nyomás 90 kPa. Hány gramm oxigén van az edényben ? (0,58 g)
Sztöchiometria A légzsákokban nátrium-azid (NaN3) bomlása termel N2 gázt. Hány liter N2 keletkezik 1,15 atm nyomáson és 30,0 °C hőmérsékleten 45,0 g NaN3-ból? 2NaN3(s) 1 mol NaN3 23+3∙14= 65 g x 45 g ------------------------------------------x= 0,69 mol
V = n∙R∙T/p = 22,5 dm3
2Na(s) + 3N2(g) 2 mol NaN3 –ból 3 mol N2 keletk. 0,69 mol y ----------------------------------------------y= 1,04 mol N2
Gázok Dalton-törvény: egy gázkeverék össznyomása az összetevők parciális nyomásának összege.
A, B és C összetevő parciális nyomása
Dalton-törvény: p = (pA+pB+pC), Moltört:
xA =
pA p
=
nA n
pV = (nA+nB+nC)RT
Parciális nyomás PH2
+
PHe
=
Ptotal
EOS
A levegő összetétele légzés során
Gáz
Parciális nyomás (kPa) ------------------------------------------------belélegzett levegő kilélegzett levegő ~25 ºC
~36 ºC
-----------------------------------------------------------------Nitrogén 79,287 75,860 Oxigén 21,332 15,465 Széndioxid 0,040 3,733 Vízgőz (rel.hum.20%) 0,666 6,267 -----------------------------------------------------------------Összesen 101,325 101,325
Számítási feladat: Van két csappal összekötött 1-1 literes tartály. Az egyikben 20 kPa nyomású oxigén gáz van, a másikban 30 kPa nyomású nitrogén gáz. A hőmérséklet 25 ºC. Mennyi lesz az oxigén illetve a nitrogén parciális nyomása a tartályokban, ha a csapot kinyitjuk ? Mennyi lesz, ha a hőmérsékletet 50 º-ra emeljük ?
Kinetikus gázelmélet 1. posztulátum: gázokban a molekulák mérete elhanyagolható a köztük levő távolsághoz képest összenyomható, a molekulák térfogatát nem kell figyelembe venni. 2. posztulátum: A gázmolekulák különböző irányokban és sebességgel egyenes vonalú (egyenletes) mozgást végeznek. (Brown mozgás) 3. posztulátum: A gázmolekulák között ható erők az ütközések kivételével elhanyagolhatóan kicsik (akár 0). egyenletes térfogat kitöltés, gázkeverékek „függetlensége”. 4. posztulátum: A gázmolekulák ütközése rugalmas, nem vész el a kinetikus energia (nem alakul át). nyomás tartás 5. posztulátum: A gázmolekulák átlagos mozgási energiája a hőmérséklettől függ A „Brown mozgás” gyorsul a hőmérséklettel
Kinetikus gázelmélet Brown mozgás
Gázok pl. H2 → 20°C v = 3RT / M v : átlagsebesség
v = 1900 m/s
Nyomás: falnak ütközés p ~ T (5. poszt.); p ~ N; p ~ 1/V
molekulák hányada
(logikus )
molekula sebessége / m/s
molekulák hányada
Gázok
molekula sebessége / m/s
Reális gázok
p / atm (1 atm = 105 Pa)
Reális gázok van der Waals-egyenlete
p+
n2a V2
(V-nb) = nRT
intermolekuláris vonzerõ
a,b - konstansok
molekulatérfogat korrekció
Reális gázok moltérfogata 0 °C, 101,325 kPa
vonzás
Kis nyomáson a gázmolekulák térfogata elhanyagolható az őssztérfogathoz képest.
Nagy nyomáson a gázmolekulák térfogata jelentős az őssztérfogathoz képest. Ennek következménye, hogy nagy nyomáson a reális gáz térfogata kissé nagyobb, mint az ideális érték.
Reális gázok van der Waals-állandók
Ideális gázok törvényei Azt a hipotetikus gázt, ami pontosan az ideális gáztörvényeknek megfelelően viselkedik tetszőleges nyomáson és hőmérsékleten ideális gáznak nevezzük.
A „valódi” gázok nem ideálisak, de az ideális gázok törvényei jól használhatók: --- 1 atm környékén, vagy kisebb nyomásokon --- jó közelítés egyszerű számításoknál
Számítási feladat: Mennyi 1 mol nitrogén nyomása 25 ºC-on, ha térfogata a.) 50 dm3, b.) 1 dm3 ?
Számítási feladat: Mennyi 1 mol nitrogén nyomása 25 ºC-on, ha térfogata a.) 50 dm3, b.) 1 dm3 ?
ideális gázt. p=nRT/V
reális gázok törv. p= [nRT/(V–nb)]–[n2a/V2] a = 140,84 (dm3)2kPa/mol2 b = 0,0391 dm3/mol
1 dm3
2478,8 kPa
2438,8 kPa
hiba 1,6 %
50 dm3
49,58 kPa
49,56 kPa
hiba 0,04 %
