Gázhalmazállapot Ideális gáztörvény:
pV = nRT
p: nyomás [Pa]; V: térfogat [m3]; n: anyagmennyiség [mol], R: egyetemes gázállandó (8.314 J/molK); T: hőmérséklet [K]. (vagy p: nyomás [kPa] és V: térfogat [dm3]) Dalton törvénye gázkeverékekre: pösszes = p1 + p2 + p3 + … + pi Pösszes: a gázkeverék teljes nyomása; pi : a komponensek parciális nyomása bármilyen nyomásegységben Standardállapot: 298.15 K (25 °C), 101 kPa, moláris térfogat: 24,5 dm3 Normálállapot: 273.15 K (0 °C), 101 kPa, moláris térfogat: 22,41 dm3 1 atm = 760 Hgmm = 101325 Pa
t (°C) + 273.15 = T (K)
Relatív sűrűség: A anyag B anyagra vonatkoztatott relatív sűrűsége: ρrel = ρA/ ρB = MA/MB (ρ: sűrűség, M: moláris tömeg) Moláris tömeget lsd. Orvosi Kémiai gyakorlatok jegyzet, 198. oldal. A következő számolási példák a ’Chemistry’ (McMurry and Fay, 4. kiadás) c. könyv, 9. Gases fejezetéből valók. Feladatok: Melyik tartalmaz több molekulát standard állapotban: 1,00 dm3 O2, 1,00 dm3 levegő, vagy 1,00 dm3 H2? Melyik tartalmaz több molekulát: 2,50 dm3 levegő 50 °C-on és 750 Hgmm nyomáson, vagy 2,16 dm3 CO2 –10 °C-on és 765 Hgmm nyomáson? Hány mól levegő van egy felnőtt átlagosan 3,8 dm3 térfogatú tüdejében? Feltételezzük, hogy a személy atmoszférikus nyomáson tartózkodik és testhőmérséklete 37 °C. (0,15 mol)
Melyik tartalmaz több molekulát, 12,0 dm3 vízgőz 123,0 °C-on és 0,93 atm nyomáson, vagy 12,5 g jég –5 °C-on? Képzeljük el, hogy van két egyforma lombikunk, az egyikben standard állapotú hidrogén van, a másikban standardállapotú oxigén. Hogyan döntené el a lombikok kinyitása nélkül, hogy melyik melyik? Egy mól gáz normálállapotban 22,41 dm3 térfogatú. Mennyi a sűrűsége a következő gázoknak normálállapotban? a.) CH4
(0,714; 1,96; 1,43; 15,7 g/l)
b.) CO2
c.) O2
d.) UF6
Mennyi a sűrűsége (g/dm3-ben) annak a gázkeveréknek, amely 27,0% F2-t és 73,0% He-t tartalmaz térfogatszázalékban 714 Hgmm nyomáson és 27,5 °C-on? Mi a molekulatömege a következő gázmintáknak, ha sűrűségük a következő: a.) 1,342 g/dm3 normálállapotban? b.) 1,053 g/dm3 25 °C-on és 752 Hgmm-n? Egy személyautó motorja a benzin és a levegő keverékét egy hengerben 1,0 atm nyomásról 9,5 atm-ra sűríti. Ha a nem összenyomott henger térfogata 410 cm3, mekkora lesz a térfogat a keverék sűrítése után?
(43 ml)
Egy spray 3,2 g propán (C3H8) gázt tartalmaz hajtógázként, térfogata 350 cm3. Mekkora a nyomás a palackban 20 °C-on?
(5 atm)
Egy luftballontöltő hélium gázpalack térfogata 43,8 dm3, nyomása 1,51 · 104 kPa 25 °C-on. Hány mól hélium van a tartályban? (267 mol) Egy jelöletlen gáztartály tartalmának azonosítása céljából mintát vettünk a tartályból, melynek sűrűségét 15 °C-on és 736 Hgmm nyomáson 5.380 g/dm3-nek találtuk. Mennyi a gáz moláris tömege?
(131 g/mol Xe)
Karbonáttartalmú kőzetek, mint a mészkő híg savakkal (pl. HCl-al) szén-dioxid fejlődése közben reagálnak. Hány gramm CO2 képződik 33,7 g mészkő teljes elreagálása esetén? Mekkora lesz a képződött CO2 gáz térfogata standardállapotban? (14,8 g; 8,256 l) A HCl és Na2S reakciójában kellemetlen szagú gáz képződik. 1,00 dm3 gázt összegyűjtve annak tömegét 1,52 g-nak találtuk standardállapotban. Mi a molekulatömege a gáznak? Mi a képlete és neve?
(34 g/mol; H2S)
Higany(II)-oxid (HgO) hevítésével tiszta oxigén állítható elő: 2 HgO (sz) → 2 Hg (f) + O2 (g) Mekkora a fejlődött oxigén térfogata standardállapotban 10,57 g HgO hevítésekor? (0,598 l) Cink és HCl oldat reakciójával hidrogéngáz állítható elő. a.) Hány liter H2 fejlődik 742 Hgmm nyomáson és 15 °C-on ha 25,5 g cink reagál el? (9,44 l) b.) Hány gramm cinkből indulna ki, ha 5,00 L H2 gázt akarna előállítani 350 Hgmm nyomáson és 30 °C-on?
(6,05 g)
Az ammónium-nitrát hevítésre robbanásszerűen bomlik a következő egyenlet szerint: 2 NH4NO3 (sz) → 2 N2 (g) + 4 H2O (g) + O2 (g) Hány liter gáz képződik 450 °C-on és 1,00 atm nyomáson 450 g NH4NO3 felrobbanásakor? 75 m-es mélységben a víz alatti nyomás 8,38 atm. Mekkorának kellene lennie az oxigén koncentrációjának mol%-ban a búvár gázpalackjában, hogy parciális nyomása 0,21 atm legyen, ugyanannyi, mint a levegőben 1,0 atm nyomáson? (2,5%) Mi a móltörtje az alkotóknak a 12,45 g H2-t, 60,67 g N2-t és 2,38 g NH3-t tartalmazó keverékben? (0,7281; 0,2554; 0,0165) Egy párás nyári napon a levegő páratartalma (vízgőz) 25 °C-on móltörtben elérheti a 0.0287-t. Feltételezve, hogy a légnyomás 0,977 atm, mekkora a víz parciális nyomása a levegőben? (0,028 atm)
Altatáskor az éter 15 Hgmm parciális nyomással való alkalmazása a páciensek 50%-nál anesztéziát okoz. Mekkora a minimális alveoláris koncentráció, azaz MAC* (minimum alveolar concentration) érték az éterre?
(2,0%)
*MAC (minimum alveolar concentration): az altatógáznak az a százalékos koncentrációja a belélegzett levegőben, mely a páciensek 50%-nál anesztéziát okoz. A kloroform MAC értéke 0,77%. Mekkora parciális nyomással kell rendelkeznie a kloroformnak a páciensek 50%-nak anesztéziájához? Hány gramm kloroformnak kell lennie 10,0 L standard állapotú levegőben a megfelelő MAC értékhez? (5,9 Hgmm; 0,41 g) Mekkora a búvárpalackban lévő gázkeverék átlagos molekulatömege, ha 2,0 térfogat % O2-t és 98,0 térfogat % He-t tartalmaz? A sportbúvárok által használt sűrített levegős palack 8,0 dm3 térfogatú és nyomása 140 atm 25 °C-on. Mekkora a térfogata a palack levegőjének standard állapotban? Tegyük fel, hogy átlagosan 4,50 dm3 levegő lélegzünk ki percenként 25 °C-on és 735 Hgmm nyomáson, illetve a kilélegzett levegő CO2 koncentrációja 3,4 térfogat %. Hány gramm CO2-t lélegzünk ki 24 óra alatt? Ha 20,0 g N2 gáz térfogata 0,40 dm3 és nyomása 6,0 atm, mekkora a hőmérséklete Kelvinben? A legtöbb laboratóriumi gázt 43,8 dm3-es acélpalackokban hozzák forgalomba. Mekkora tömegű argon van abban a tartályban, amelyben a nyomás 17,180 kPa 20 °C-on? (12,3 kg) Mekkora az oxigén tömege abban a szobában, melynek méretei 4m · 5m · 2,5m. Feltételezzük, hogy a gáz standardállapotban van és a levegő 20,95 térfogat %-a oxigén. (1,36·104 g) Az artériás vér oxigéntartalma átlagosan 0,25 g literenként. Tegyük fel, hogy a testhőmérséklet 37 °C, hány mól oxigén szállítódik literenként az artériás vérrel? Ez hány milliliter gáznak felel meg 37 °C-on és 1 atm nyomáson?
A földgáz sokkomponensű keverék, elsősorban CH4, C2H6, C3H8, és C4H10-t tartalmaz. Tegyük fel, hogy a földgáz nyomása 1,48 atm és az alkotók mólaránya 94 : 4,0 : 1,5 : 0,50. Számolja ki az alkotó gázok parciális nyomását! A baktériumtenyésztő kamrákban egy speciális gázkeveréket alkalmaznak, mely 1,00 tömeg% CO2-t és 99,0 tömeg % O2-t tartalmaz. Mekkora gázok parciális nyomása 0,977 atm nyomásnál?
(pO2=0,97 atm; pCO2=0,00711 atm)
A szárazjeget (szilárd CO2) időnként bányákban robbanóanyagként használják. Fúrnak egy lyukat, melybe szárazjeget és egy kevés lőport tesznek, majd gyújtózsinórral meggyújtják. A felrobbanó lőpor gyorsan elpárologtatja a szárazjeget, ezzel hatalmas nyomást okozva. Tegyük fel, hogy 500,0 g szárazjeget tesznek egy üregbe, melynek térfogata 0,8 dm3 és az elégett lőpor 700 K-re melegíti a CO2-t. Mekkora lesz a végső nyomás az üregben? (816 atm)
