Exempel på Gay-Lussacs gaslag

Gay-Lussacs gaslag är ett speciellt fall i den ideala gaslagen där gasens volym hålls konstant. När volymen hålls konstant är trycket som utövas av en gas direkt proportionellt mot den absoluta temperaturen på gasen. Enkelt uttryckt ökar temperaturen på en gas dess tryck, medan den sänker temperaturen minskar trycket, förutsatt att volymen inte förändras. Lagen är också känd som Gay-Lussacs lag om trycktemperatur. Gay-Lussac formulerade lagen mellan 1800 och 1802 medan han byggde en lufttermometer. Dessa exempelproblem använder Gay-Lussacs lag för att hitta gastrycket i en uppvärmd behållare såväl som den temperatur du skulle behöva för att ändra gastrycket i en behållare.

Key Takeaways: Gay-Lussacs lagkemiproblem

• Gay-Lussacs lag är en form av den ideala gaslagen där gasvolymen hålls konstant.
• När volymen hålls konstant är trycket på en gas direkt proportionell mot dess temperatur.
• De vanliga ekvationerna för Gay-Lussacs lag är P / T = konstant eller P_jag/ T_jag = P_f/ T_f.
• Anledningen till att lagen fungerar är att temperaturen är ett mått på genomsnittlig kinetisk energi, så när den kinetiska energin ökar, uppstår fler partikelkollisioner och trycket ökar. Om temperaturen sjunker finns det mindre kinetisk energi, färre kollisioner och lägre tryck.

Gay-Lussacs lagexempel

En 20-liters cylinder innehåller 6 atmosfärer (atm) gas vid 27 C. Vad skulle gasens tryck vara om gasen upphettades till 77 ° C?

För att lösa problemet, arbeta bara genom följande steg:
Cylinderns volym förblir oförändrad medan gasen värms upp så att Gay-Lussacs gaslag gäller. Gay-Lussacs gaslag kan uttryckas som:
P_jag/ T_jag = P_f/ T_f
var
P_jag och t_jag är initialtrycket och absoluta temperaturer
P_f och t_f är det slutliga trycket och absolut temperatur
Konvertera först temperaturen till absoluta temperaturer.
T_jag = 27 C = 27 + 273 K = 300 K
T_f = 77 C = 77 + 273 K = 350 K
Använd dessa värden i Gay-Lussacs ekvation och lösa för P_f.
P_f = P_jagT_f/ T_jag
P_f = (6 atm) (350K) / (300 K)
P_f = 7 atm
Svaret du får är:
Trycket kommer att öka till 7 atm efter uppvärmning av gasen från 27 C till 77 C.

Ett annat exempel

Se om du förstår konceptet genom att lösa ett annat problem: Hitta temperaturen i Celsius som behövs för att ändra trycket på 10,0 liter av en gas som har ett tryck på 97,0 kPa vid 25 C till standardtryck. Standardtrycket är 101.325 kPa.

Konvertera först 25 C till Kelvin (298K). Kom ihåg att Kelvin-temperaturskalan är en absolut temperaturskala baserad på definitionen att volymen för en gas vid konstant (lågt) tryck är direkt proportionell mot temperaturen och att 100 grader skiljer frys- och kokpunkten för vatten.

Sätt in siffrorna i ekvationen för att få:

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

lösa för x:

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

x = 311,3 K

Subtrahera 273 för att få svaret i Celsius.

x = 38,3 ° C

Tips och varningar

Tänk på dessa punkter när du löser ett Gay-Lussacs lagproblem:

• Volymen och mängden gas hålls konstant.
• Om gasens temperatur ökar ökar trycket.
• Om temperaturen sjunker, minskar trycket.

Temperatur är ett mått på gasens molekylers kinetiska energi. Vid låg temperatur rör sig molekylerna långsammare och kommer ofta att träffa en behållares vägg. När temperaturen ökar så gör rörelsen hos molekylerna. De slår ofta på behållarens väggar, vilket ses som en ökning av trycket. 

Det direkta förhållandet gäller endast om temperaturen anges i Kelvin. De vanligaste misstag som eleverna arbetar med att använda denna typ av problem är att glömma att konvertera till Kelvin eller annars göra omvandlingen felaktigt. Det andra felet försummar betydande siffror i svaret. Använd det minsta antalet viktiga siffror som anges i problemet.

källor

• Barnett, Martin K. (1941). "En kort historia av termometri". Journal of Chemical Education, 18 (8): 358. doi: 10.1021 / ed018p358
• Castka, Joseph F.; Metcalfe, H. Clark; Davis, Raymond E .; Williams, John E. (2002). Modern kemi. Holt, Rinehart och Winston. ISBN 978-0-03-056537-3.
• Crosland, M. P. (1961), "Origins of Gay-Lussac's Law of Combining Volumes of Gases", Vetenskapliga annaler, 17 (1): 1, doi: 10.1080 / 00033796100202521
• Gay-Lussac, J. L. (1809). "Mémoire sur la combinaison des ämnen blickar, les unes avec les autres" (Memoir om kombinationen av gasformiga ämnen med varandra). Mémoires de la Société d'Arcueil 2: 207-234. 
• Tippens, Paul E. (2007). Fysik, 7: e upplagan McGraw-Hill. 386-387.