Chemistry48.Ru

Уравнение Клайперона-Менделеева

После того, как было установлено экспериментально, что 1 моль любого газа при нормальных условиях (Р = 1 атм = 1,013^.10⁵ Па; t =0 °С или Т= 273 К) занимает объем 22,4 л, объединенный газовый закон для одно­го моля любого газа стали записывать так:

Р V = R Т,             (1)

где R - универсальная газовая постоянная.

Действительно, объединенный газовый закон для любой по­стоянной массы газа (а значит, и для одного моля газа) имеет вид:

P ₁ V ₁ / T ₁ = P ₂ V ₂ / T ₂ ,

или

PV / T = const ,

но и для одного моля газа const имеет одно и то же значение для всех реальных газов при таких условиях, при которых они ве­дут себя как идеальный газ. Обозначив эту постоянную R , полу­чим уравнение (1).

Газовая постоянная равна работе расширения 1 моля идеаль­ного газа при нагревании на 1 К при постоянном давлении.

Чтобы найти численное значение R , необходимо знать, какой объем занимает газ при каких-либо определенных значениях Р и Т. Проще всего считать условия нормальными, тогда

R = PV / T = P ₀ V ₀ / T ₀

и в системе СИ R = 8,3144 Дж/(моль • К).

Левая часть уравнения (1) увеличи­вается в v раз, так как v молей займут в v раз больший объем, а правая часть не изменится ( R - постоянная величина, а T не за­висит от числа молей). Чтобы уравнение (1) было справедливо для v молей, надо умножить правую часть на v :

PV = vRT ,         (2)

где v = m / M ; число молей равно общей массе газа, деленной на молярную массу. Подставляя это значение в уравнение (2), по­лучим

PV = m / M ^. RT            (3)

Уравнение идеального газа в форме (2) и (3) называется уравнением Клапейрона-Менделеева, оно выражает взаимосвязь между всеми величинами, характеризующими газ, а поэтому яв­ляется наиболее общим в приближении модели идеального газа.

Из уравнения Клапейрона-Менделеева можно вывести ряд простых, но важных следствий.

1) Многие газовые реакции происходят при постоянных температуре и давлении. При этих условиях

V = (R Т / Р ) • v = const•v.             (4)

Уравнение (4) есть не что иное как закон Авогадро, который утверждает, что в равных объемах газов при постоянных температуре и давлении содержится одинаковое число молекул.

2) Другое интересное следствие касается плотности газов. Из  уравнения (3) следует, что

ρ = т/ V = (Р/ R Т) • М = const • М            (5)

при постоянных давлении и температуре. Это означает, что при этих условиях плотность газа определяется только его молярной массой. Такой результат позволяет ввести понятие относитель­ной плотности одного газа по другому:

D ₁ = ρ ₁ / ρ ₂ = M ₁ / M ₂            (6)

Эта величина показывает, во сколько раз первый газ тяжелее второго при одинаковых условиях.

3) Если реакция происходит в замкнутом сосуде ( V = const ) при постоянной температуре, то

P = ( RT / V ) • v = const • v .               (7)

Это соотношение означает, что в замкнутом сосуде при заданных условиях давление зависит только от общего числа молекул газов.