Voorbeelden van de gaswet van Gay-Lussac

De gaswet van Gay-Lussac is een speciaal geval van de ideale gaswet waarbij het volume van het gas constant wordt gehouden. Wanneer het volume constant wordt gehouden, is de door een gas uitgeoefende druk recht evenredig met de absolute temperatuur van het gas. In eenvoudige termen verhoogt het verhogen van de temperatuur van een gas zijn druk, terwijl het verlagen van de temperatuur de druk verlaagt, ervan uitgaande dat het volume niet verandert. De wet is ook bekend als de wet van Gay-Lussac voor druktemperatuur. Gay-Lussac formuleerde de wet tussen 1800 en 1802 terwijl hij een luchtthermometer bouwde. Deze voorbeeldproblemen gebruiken de wet van Gay-Lussac om de gasdruk in een verwarmde container te vinden, evenals de temperatuur die u nodig zou hebben om de gasdruk in een container te veranderen.

Belangrijkste afhaalrestaurants: problemen met de wetchemie van Gay-Lussac

• De wet van Gay-Lussac is een vorm van de ideale gaswet waarbij het gasvolume constant wordt gehouden.
• Wanneer het volume constant wordt gehouden, is de druk van een gas recht evenredig met zijn temperatuur.
• De gebruikelijke vergelijkingen voor de wet van Gay-Lussac zijn P / T = constant of P_ik/ T_ik = P_f/ T_f.
• De reden waarom de wet werkt is dat temperatuur een maat is voor de gemiddelde kinetische energie, dus naarmate de kinetische energie toeneemt, treden er meer deeltjesbotsingen op en neemt de druk toe. Als de temperatuur daalt, is er minder kinetische energie, minder botsingen en lagere druk.

Voorbeeld van de wet van Gay-Lussac

Een cilinder van 20 liter bevat 6 atmosfeer (atm) gas bij 27 ° C. Wat zou de druk van het gas zijn als het gas werd verwarmd tot 77 ° C?

Voer de volgende stappen uit om het probleem op te lossen:
Het volume van de cilinder blijft ongewijzigd terwijl het gas wordt verwarmd, dus de gaswet van Gay-Lussac is van toepassing. De gaswet van Gay-Lussac kan worden uitgedrukt als:
P_ik/ T_ik = P_f/ T_f
waar
P_ik en T_ik zijn de begindruk en absolute temperaturen
P_f en T_f zijn de einddruk en absolute temperatuur
Zet eerst de temperaturen om in absolute temperaturen.
T_ik = 27 C = 27 + 273 K = 300 K
T_f = 77 C = 77 + 273 K = 350 K
Gebruik deze waarden in de vergelijking van Gay-Lussac en los op voor P_f.
P_f = P_ikT_f/ T_ik
P_f = (6 atm) (350K) / (300 K)
P_f = 7 atm
Het antwoord dat u krijgt is:
De druk zal toenemen tot 7 atm na verwarming van het gas van 27 ° C tot 77 ° C.

Een ander voorbeeld

Kijk of u het concept begrijpt door een ander probleem op te lossen: zoek de temperatuur in Celsius die nodig is om de druk van 10,0 liter gas met een druk van 97,0 kPa bij 25 C te wijzigen in standaarddruk. Standaarddruk is 101,325 kPa.

Converteer eerst 25 C naar Kelvin (298K). Vergeet niet dat de Kelvin-temperatuurschaal een absolute temperatuurschaal is op basis van de definitie dat het volume van een gas bij constante (lage) druk recht evenredig is met de temperatuur en dat 100 graden de vries- en kookpunten van water scheiden.

Voer de getallen in de vergelijking in om het volgende te krijgen:

97,0 kPa / 298 K = 101,325 kPa / x

oplossen voor x:

x = (101.325 kPa) (298 K) / (97.0 kPa)

x = 311,3 K

Trek 273 af om het antwoord in Celsius te krijgen.

x = 38,3 C

Tips en waarschuwingen

Houd rekening met deze punten bij het oplossen van het probleem van de wet van Gay-Lussac:

• Het volume en de hoeveelheid gas worden constant gehouden.
• Als de temperatuur van het gas stijgt, stijgt de druk.
• Als de temperatuur daalt, neemt de druk af.

Temperatuur is een maat voor de kinetische energie van gasmoleculen. Bij een lage temperatuur bewegen de moleculen langzamer en zullen ze vaak de wand van een container raken. Naarmate de temperatuur stijgt, neemt ook de beweging van de moleculen toe. Ze slaan vaker op de wanden van de container, wat wordt gezien als een toename van de druk. 

De directe relatie is alleen van toepassing als de temperatuur wordt aangegeven in Kelvin. De meest voorkomende fouten die studenten maken bij het werken aan dit soort problemen, zijn vergeten te converteren naar Kelvin of anders de conversie verkeerd uitvoeren. De andere fout verwaarloost significante cijfers in het antwoord. Gebruik het kleinste aantal significante cijfers in het probleem.

bronnen

• Barnett, Martin K. (1941). "Een korte geschiedenis van thermometrie". Journal of Chemical Education, 18 (8): 358. doi: 10.1021 / ed018p358
• Castka, Joseph F .; Metcalfe, H. Clark; Davis, Raymond E .; Williams, John E. (2002). Moderne chemie. Holt, Rinehart en Winston. ISBN 978-0-03-056537-3.
• Crosland, M. P. (1961), "The Origins of Gay-Lussac's Law of Combining Volumes of Gases", Annals of Science, 17 (1): 1, doi: 10.1080 / 00033796100202521
• Gay-Lussac, J. L. (1809). "Mémoire sur la combinaison des substanties gazeuses, les unes avec les autres" (Memoires over de combinatie van gasvormige substanties met elkaar). Mémoires de la Société d'Arcueil 2: 207-234. 
• Tippens, Paul E. (2007). Fysica, 7e ed. McGraw-Hill. 386-387.