گازها در اطراف ما هستند، هوایی که تنفس می کنیم را تشکیل می دهند و نقش اساسی در فرآیندهای شیمیایی مختلف دارند. برای مطالعه رفتار گازها، دانشمندان قوانین گاز را توسعه داده اند. این قوانین به ما کمک می کنند تا پیش بینی کنیم که گازها در شرایط مختلف چگونه واکنش نشان می دهند. با این حال، برای درست کردن این پیش‌بینی‌ها، باید مجموعه‌ای از شرایط پایه به نام «شرایط استاندارد» را تعریف کنیم.
شرایط استاندارد برای گازها مجموعه ای از شرایط مرجع توافق شده برای دما و فشار است. این شرایط به دانشمندان و مهندسان این امکان را می دهد که گازهای مختلف و رفتار آنها را تحت شرایط یکسان مقایسه کنند. رایج ترین شرایط استاندارد عبارتند از:
درک این شرایط هنگام مطالعه رفتار گازها بسیار مهم است زیرا به ما امکان می دهد حجم، فشار یا دمای گاز را تحت سناریوهای مختلف پیش بینی یا محاسبه کنیم.
قوانین گاز چگونگی تغییر خواص فیزیکی گازها را در پاسخ به تغییرات دما، حجم و فشار توصیف می کند. در اینجا چند نمونه از چگونگی نقش شرایط استاندارد در درک این قوانین وجود دارد:
آزمایش 1: رعایت قانون چارلز
شما می توانید اثر دما بر حجم گاز را از طریق یک آزمایش ساده شامل یک بالون مشاهده کنید. اگر یک بادکنک را در یخچال قرار دهید (سردتر از دمای محیط معمولی) و سپس آن را به یک اتاق گرم (نزدیکتر یا بالاتر از دمای محیط استاندارد) منتقل کنید، متوجه منبسط شدن بادکنک خواهید شد. این بسط قانون چارلز را نشان می دهد که نشان می دهد چگونه حجم با دما افزایش می یابد.
آزمایش 2: نشان دادن قانون بویل
قانون بویل را می توان با استفاده از یک سرنگ با نازل مهر و موم شده در عمل مشاهده کرد. وقتی پیستون را می کشید، حجم گاز داخل سرنگ را افزایش می دهید که فشار را کاهش می دهد. این تغییر به دانش آموزان اجازه می دهد تا به وضوح رابطه معکوس بین فشار و حجم را در شرایط تقریباً استاندارد مشاهده کنند.
شرایط استاندارد هنگام انجام محاسبات مربوط به قوانین گاز اساسی است. برای مثال، قانون گاز ایده‌آل، که به صورت \(PV = nRT\) داده می‌شود، که در آن \(R\) ثابت گاز ایده‌آل است، امکان تعیین مقدار گاز، حجم، فشار یا دمای گاز را فراهم می‌کند. هر شرایطی با این حال، هنگام مقایسه حجم یا مقادیر گاز در واکنش‌ها یا فرآیندهای مختلف، شرایط استاندارد مبنای ثابتی برای مقایسه فراهم می‌کند.
محاسبات مربوط به حجم مولی نیز شرایط استاندارد را ضروری می کند. تحت STP، یک مول از هر گاز ایده آل تقریباً 22.4 لیتر را اشغال می کند. این رابطه شیمیدانان را قادر می سازد تا بدون نیاز به اندازه گیری مستقیم حجم گاز، مقدار گازهای درگیر در واکنش ها را تعیین کنند. تنظیم شرایط برای درک رفتار گاز
فراتر از شرایط استاندارد، دانشمندان اغلب دما و فشار را تنظیم می کنند تا چگونگی رفتار گازها در شرایط شدید را بررسی کنند. این به درک بیشتر در مورد خواص گازها و نحوه دستکاری آنها برای کاربردهای مختلف کمک می کند، مانند کیسه هوای خودرو که در آن از انبساط سریع گاز برای باد کردن سریع استفاده می شود.
از طریق آزمایش های کنترل شده، ما می توانیم مشاهده کنیم که چگونه انحراف از شرایط استاندارد بر خواص گاز تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، افزایش فشار بیش از 1 اتمسفر در حالی که دما را ثابت نگه می دارد، می تواند حجم گاز را به میزان قابل توجهی کاهش دهد و قانون بویل را در شرایط غیر استاندارد نشان دهد.
شرایط استاندارد نقش اساسی در مطالعه و درک رفتار گازها دارد. این شرایط با ارائه یک مرجع مشترک برای دما و فشار، دانشمندان را قادر می سازد تا چگونگی واکنش گازها را در شرایط مختلف پیش بینی کنند. قوانین گاز، مانند قانون بویل، چارلز، آووگادرو، و قانون گی-لوساک، بر این شرایط استاندارد برای توصیف روابط بین فشار، حجم و دمای گازها تکیه دارند. از طریق آزمایش‌ها و محاسبات، این قوانین تحت شرایط استاندارد می‌توانند مستقیماً در سناریوهای دنیای واقعی اعمال شوند و توانایی ما را برای مهار قدرت و تطبیق پذیری گازها در چندین میدان افزایش دهند.
