Primer lesson: standart shartlar

Gaz qonunlari kontekstida standart shartlarni tushunish

Gazlar atrofimizdagi hamma joyda bo'lib, biz nafas olayotgan havoni tashkil qiladi va turli kimyoviy jarayonlarda muhim rol o'ynaydi. Gazlarning harakatini o'rganish uchun olimlar gaz qonunlarini ishlab chiqdilar. Bu qonunlar turli sharoitlarda gazlar qanday reaksiyaga kirishishini bashorat qilishga yordam beradi. Biroq, bu bashoratlarni to'g'ri qilish uchun biz "standart shartlar" deb nomlangan asosiy shartlar to'plamini belgilashimiz kerak.

Standart shartlar nima?

Gazlar uchun standart shartlar harorat va bosim uchun kelishilgan mos yozuvlar shartlari to'plamidir. Bu shartlar olimlar va muhandislarga bir xil sharoitlarda turli gazlar va ularning xatti-harakatlarini solishtirish imkonini beradi. Eng keng tarqalgan standart shartlar:

Standart harorat va bosim (STP): STPda harorat 0 daraja Selsiy (273,15 Kelvin), bosim esa 1 atmosfera (atm) yoki 101,325 kilopaskal (kPa) da o'rnatiladi. STP gaz qonunlari va kimyoviy reaktsiyalarni o'z ichiga olgan tadqiqotlarda keng qo'llaniladi.
Standart atrof-muhit harorati va bosimi (SATP): SATP haroratni 25 daraja Selsiy (298,15 Kelvin) va bosimni 1 atm yoki 101,325 kPa deb belgilaydi. Bu holat ko'pincha biokimyoviy va ekologik tadqiqotlarda qo'llaniladi.

Ushbu shartlarni tushunish gazlarning xatti-harakatlarini o'rganishda juda muhimdir, chunki bu bizga turli stsenariylarda gazning hajmini, bosimini yoki haroratini taxmin qilish yoki hisoblash imkonini beradi.

Gaz qonunlarida standart shartlarning roli

Gaz qonunlari harorat, hajm va bosimning o'zgarishiga javoban gazlarning fizik xossalari qanday o'zgarishini tavsiflaydi. Ushbu qonunlarni tushunishda standart sharoitlar qanday rol o'ynashiga bir nechta misollar:

Boyl qonuni: Harorat doimiy bo'lganda gaz bosimi uning hajmiga teskari proportsional ekanligini bildiradi. Standart sharoitlarda bu qonun gaz hajmini kamaytirish uning bosimini qanday oshirishini va aksincha, tushunishga yordam beradi. Matematik ifoda \(P_1V_1 = P_2V_2\) bo'lib, bu erda \(P\) bosimni, \(V\) hajmni ifodalaydi.
Charlz qonuni: bosim doimiy bo'lganda gaz hajmi uning haroratiga (Kelvinda o'lchanadi) to'g'ridan-to'g'ri proportsionalligini tavsiflaydi. Standart sharoitlarda ushbu qonun gaz haroratining oshishi uning hajmini qanday oshirishini taxmin qilishi mumkin. Aloqa \(\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}\) bilan berilgan, bu erda \(T\) haroratni bildiradi.
Avogadro qonuni: gazning hajmi doimiy harorat va bosimdagi gaz zarralari (yoki gaz mollari) soniga to'g'ridan-to'g'ri proportsional ekanligini bildiradi. Bu qonun standart sharoitda kimyoviy reaksiyalarda qatnashadigan gazlar hajmini aniqlash usulini beradi. \(V_1/n_1 = V_2/n_2\) shaklida ifodalanadi, bu erda \(n\) mollar sonini bildiradi.
Gey-Lyussak qonuni: gaz bosimi doimiy hajmdagi uning haroratiga (Kelvinda o'lchanadi) to'g'ridan-to'g'ri proportsional ekanligini ko'rsatadi. Standart shartlar gazning harorati bir xil hajmni saqlab, uning harorati oshsa, uning bosimi qanday oshishini tushunishga yordam beradi. Ko'rsatilgan formula \(\frac{P_1}{T_1} = \frac{P_2}{T_2}\) .

Haqiqiy tajribalarda standart shartlarni qo'llash

1-tajriba: Charlz qonuniga rioya qilish

Haroratning gaz hajmiga ta'sirini balon ishtirokidagi oddiy tajriba orqali kuzatishingiz mumkin. Agar siz balonni muzlatgichga qo'ysangiz (standart atrof-muhit haroratidan sovuqroq) va keyin uni iliq xonaga (standart atrof-muhit haroratiga yaqinroq yoki undan yuqoriroq) o'tkazsangiz, balon kengayganini sezasiz. Bu kengayish Charlz qonunini ko'rsatadi, harorat o'sishi bilan hajmning qanday oshishini ko'rsatadi.

2-tajriba: Boyl qonunini ko’rsatish

Boyl qonunini ko'krak qafasi muhrlangan shprits yordamida amalda ko'rish mumkin. Pistonni tortganingizda, siz shprits ichidagi gaz hajmini oshirasiz, bu esa bosimni pasaytiradi. Ushbu o'zgarish talabalarga deyarli standart sharoitlarda bosim va hajm o'rtasidagi teskari munosabatni ko'rishga imkon beradi.

Hisoblashda standart shartlarning ahamiyati

Gaz qonunlari bilan bog'liq hisob-kitoblarni amalga oshirishda standart shartlar asosiy hisoblanadi. Masalan, \(PV = nRT\) shaklida berilgan Ideal gaz qonuni, bu erda \(R\) ideal gaz konstantasi bo'lib, gazning miqdorini, hajmini, bosimini yoki haroratini aniqlashga imkon beradi. har qanday shartlar. Biroq, turli reaktsiyalar yoki jarayonlar bo'yicha gaz hajmlari yoki miqdorini solishtirganda, standart shartlar taqqoslash uchun izchil asos bo'lib xizmat qiladi.

Molyar hajmni o'z ichiga olgan hisob-kitoblar standart shartlarni ham zarur qiladi. STP ostida har qanday ideal gazning bir moli taxminan 22,4 litrni egallaydi. Bu bog'liqlik kimyogarlarga gaz hajmini to'g'ridan-to'g'ri o'lchamasdan turib reaksiyalarda ishtirok etayotgan gazlar miqdorini aniqlash imkonini beradi. Gazning harakatini tushunish uchun shartlarni sozlash

Standart sharoitlardan tashqari, olimlar gazlarning ekstremal sharoitlarda qanday harakat qilishini o'rganish uchun ko'pincha harorat va bosimni sozlashadi. Bu gazlarning xossalari va ularni turli ilovalar uchun qanday boshqarish mumkinligi haqida ko'proq tushunishga yordam beradi, masalan, tez inflyatsiya uchun gazning tez kengayishi ishlatiladigan avtomobil xavfsizlik yostiqchalarida.

Boshqariladigan tajribalar orqali biz standart sharoitlardan chetga chiqish gaz xossalariga qanday ta'sir qilishini kuzatishimiz mumkin. Masalan, haroratni doimiy ushlab turganda bosimni 1 atm dan ortiq oshirish gaz hajmini sezilarli darajada kamaytirishi mumkin, bu esa nostandart sharoitlarda Boyl qonunini namoyish etadi.

Xulosa

Gazlarning harakatini o'rganish va tushunishda standart sharoitlar hal qiluvchi rol o'ynaydi. Harorat va bosim uchun umumiy ma'lumotni taqdim etish orqali bu shartlar olimlarga gazlarning turli sharoitlarda qanday reaksiyaga kirishishini taxmin qilish imkonini beradi. Boyl, Charlz, Avogadro va Gey-Lyussak qonunlari kabi gaz qonunlari gazlarning bosimi, hajmi va harorati o'rtasidagi munosabatlarni tavsiflash uchun ushbu standart shartlarga tayanadi. Tajribalar va hisob-kitoblar orqali standart sharoitlarda ushbu qonunlar to'g'ridan-to'g'ri real stsenariylarga qo'llanilishi mumkin, bu bizning ko'plab sohalarda gazlarning kuchi va ko'p qirraliligini ishlatish qobiliyatimizni oshiradi.