5.3: Legile simple ale gazelor - Legea lui Boyle, Legea lui Charles și Legea lui Avogadro - Chimie LibreTexte

Relația dintre presiune și volum: Legea lui Boyle

Pe măsură ce crește presiunea asupra unui gaz, volumul gazului scade deoarece particulele de gaz sunt forțate să se apropie mai mult. În schimb, pe măsură ce presiunea pe un gaz scade, volumul de gaz crește deoarece particulele de gaz se pot îndepărta acum. Baloanele meteo devin mai mari pe măsură ce se ridică prin atmosferă către regiuni cu presiune mai mică deoarece volumul gazului a crescut; adică gazul atmosferic exercită o presiune mai mică pe suprafața balonului, astfel încât gazul interior se extinde până când presiunile interne și externe sunt egale.

Figura \ (\ PageIndex {1 } \): Experimentul lui Boyle folosind un tub în formă de J pentru a determina relația dintre presiunea gazului și volumul. (A) I în mod natural, gazul este la o presiune de 1 atm = 760 mmHg (mercurul este la aceeași înălțime atât în brațul care conține proba, cât și brațul deschis către atmosferă); volumul său este V. (b) Dacă se adaugă suficient mercur pe partea dreaptă pentru a da o diferență de înălțime de 760 mmHg între cele două brațe, presiunea gazului este de 760 mmHg (presiunea atmosferică) + 760 mmHg = 1520 mmHg și volumul este V / 2. (c) Dacă se adaugă 760 mmHg suplimentar la coloana din dreapta, presiunea totală asupra gazului crește la 2280 mmHg, iar volumul gazului scade la V / 3 (CC BY-SA-NC; anonim la cerere ).

Chimistul irlandez Robert Boyle (1627–1691) a efectuat unele dintre primele experimente care au determinat relația cantitativă dintre presiune și volumul de un gaz. Boyle a folosit un tub în formă de J parțial umplut cu mercur, așa cum se arată în Figura \ (\ PageIndex {1} \). În aceste experimente, o cantitate mică de gaz sau aer este prinsă deasupra coloanei de mercur, iar volumul său este măsurat la presiunea atmosferică și temperatura constantă. Mai mult mercur este apoi turnat în brațul deschis pentru a crește presiunea asupra probei de gaz. Presiunea asupra gazului este presiunea atmosferică plus diferența de înălțime a coloanelor de mercur, iar volumul rezultat este măsurat. Acest proces se repetă până când nu mai există spațiu în brațul deschis sau volumul gazului este prea mic pentru a putea fi măsurat cu precizie. Datele precum cele din experimentele proprii ale lui Boyle pot fi reprezentate în mai multe moduri (Figura \ (\ PageIndex {2} \)). Un grafic simplu de \ (V \) versus \ (P \) dă o curbă numită hiperbolă și dezvăluie o relație inversă între presiune și volum: pe măsură ce presiunea este dublată, volumul scade cu un factor de doi. Această relație dintre cele două cantități este descrisă după cum urmează:

Împărțirea ambelor părți la \ (P \) oferă o ecuație care ilustrează relația inversă dintre \ (P \) și \ (V \):

unde simbolul is este citit „este proporțional cu”. Un grafic de V versus 1 / P este astfel o linie dreaptă a cărei pantă este egală cu constanta din ecuații \ (\ ref {10.3.1} \) și \ (\ ref {10.3.3} \). Împărțirea ambelor părți ale Ecuația \ (\ ref {10.3.1} \) de V în loc de P oferă o relație similară între P și 1 / V. Valoarea numerică a constantei depinde de cantitatea de gaz utilizată în experiment și de temperatura la care Această relație între presiune și volum este cunoscută sub numele de legea lui Boyle, după descoperirea sa, și poate fi afirmată după cum urmează: La temperatura constantă, volumul unei cantități fixe de gaz este invers proporțional cu presiunea sa. legea în practică este prezentată în Figura \ (\ PageIndex {2} \).

Figura \ (\ PageIndex {2} \): Diagramele datelor Boyle. (A) Iată date reale dintr-un experiment tipic realizat de Boyle. Boyle a folosit unități non-SI pentru a măsura volumul (în 3 mai degrabă decât cm3) și presiunea (în. Hg mai degrabă decât mmHg). (b) T complotul său de presiune versus volum este o hiperbolă. Deoarece PV este o constantă, scăderea presiunii cu un factor de doi are ca rezultat o creștere dublă a volumului și invers. (c) Un grafic de volum față de 1 / presiune pentru aceleași date arată relația liniară inversă dintre cele două mărimi, exprimată prin ecuația V = constantă / P (CC BY-SA-NC; anonim la cerere).

La temperatură constantă, volumul unei cantități fixe de gaz este invers proporțional cu presiunea sa

5.3: Legile simple ale gazelor – Legea lui Boyle, Legea lui Charles și Legea lui Avogadro

Relația dintre presiune și volum: Legea lui Boyle

Lasă un răspuns Anulează răspunsul