Gasni zakoni

Gasni zakoni su razvijeni tokom 17. i 19. veka, kada su naučnici počeli shvatati da postoji kod gasova veza između pritiska, zapremine i temperature. Bitno svojstvo gasova je nasumično kretanje njihovih čestica, koje nazivamo Braunovim kretanjem, prema Robertu Braunu, koji je ovu pojavu prvi uočio na sićušnim zrncima cvetnog polena na vodi, posmatrajući ih pod mikroskopom. Kinetička teorija gasova opisuje gas kao veliki broj malih čestica, koje su stalno u nasumičnom kretanju.

Bojle-Mariotov zakon

Glavni članak: Bojl-Mariotov zakon

Bojle-Mariotov zakon kazuje, da kod konstantnom temperaturom, proizvod pritisaka i zapremine idealnih gasova, uvek je konstantan. Zakon je objavljen 1662. godine.

Ako smanjujemo zapreminu nekog gasa, pritisak će se povećavati. Matematički se taj zakon može opisati kao:

$PV=k_{1}\,$

gde je: P – pritisak gasa (Pa), V – zapremina gasa (m³) i k₁ – konstanta (J)

Šarlov zakon

Glavni članak: Šarlov zakon

Šarlov zakon, ili gasni zakon zapremine, je objavljen 1678. godine. On govori da je zapremina idealnog gasa, kada je pritisak konstantan, direktno proporcionalna apsolutnoj ili termodinamičkoj temperaturi T (u Kelvinima). Ako gasu povećavamo temperaturu, poveća će se i zapremina. Matematički se taj zakon može opisati kao:

$V=k_{2}T\,$

gde je: T - apsolutna ili termodinamička temperatura (K), V – zapremina gasa (m³) i k₂ – konstanta (u m³/K).

Gej-Lisakov zakon

Glavni članak: Gej-Lisakov zakon

Gej-Lisakov zakon je otkrio Žozef Luj Ge-Lisak 1809. godine. On tvrdi da je pritisak u nekom spremniku, koji ima konstantnu zapreminu, direktno proporcionalan sa apsolutnom temperaturom (u Kelvinima). Povećanjem temperature, molekuli gasa postaju sve brži i snažnije udaraju na zidove spremnika. Matematički se taj zakon može opisati kao:

$P=k_{3}T\,$

gde je T - apsolutna temperatura (K), P – pritisak gasa (Pa) i k₃ – konstanta.

Avogadrov zakon

Glavni članak: Avogadrov zakon

Avogadrov zakon tvrdi da dva spremnika idealnog gasa, sa jednakom temperaturom, pritiskom i zapreminom, sadrže jednak broj molekula. To znači da je zapremina nekog spremnika, direktno proporcionalna sa brojem molova (ili molekula) u tom spremniku. Za 100 kPa i 273,15 K, zapremina jednog mola idealnog gasa iznosi 22,414 dm³ ili 22,414 litre. Matematički se taj zakon može opisati kao:

$V=k_{4}n\,$

gde je V – zapremina gasa (m³), n – broj molova gasa u nekom spremniku (ukupan broj molekula podeljen sa Avogadrovim brojem) i k₄ – konstanta.

Kombinovani zakon i jednačina stanja idealnog gasa

Glavni članak: Jednačina stanja idealnog gasa

Kombinovani zakon gasova se dobija kombinacijom prve 3 jednačine i pokazuje odnos između pritiska, zapremine i temperature gasa:

$PV=k_{5}T\,$

Ako unesemo i Avogadrov zakon, dobije se jednačina stanja idealnog gasa:

$PV=nRT\,$

gde je: R – gasna konstanta, koja ima vrednost 8,314472(15) J•K⁻¹•mol⁻¹. Ona se može opisati i kao:

$PV=kNT\,$

gde je: k – Bolcmanova konstanta, a N – ukupan broj molekula u spremniku.

Ova jednačina je tačna za idealne gasove, jer se njom zanemaruju razne međumolekularne sile, koje su prisutne kod realnih gasova. Međutim, zakon idealnih gasova je vrlo dobra apriksimacija za veliku većinu gasova, kod umerenih pritisaka i temperatura.

Iz zakona idealnih gasova mogu se izvući sledeći zaključci:

• ako su temperatura i pritisak konstantni, zapremina gasa je direktno proporcionalan sa brojem molekula gasa.
• ako su temperatura i zapremina konstantni, pritisak gasa je direktno proporcionalan sa brojem molekula gasa.
• ako su temperatura i broj molekula konstantni, pritisak je obrnuto proporcionalan sa zapreminom spremnika.
• ako je broj molekula konstantan u spremniku, sa povećanjem temperature će se povećati ili pritisak ili zapremina (ili oboje).

Ostali gasni zakoni

Daltonov zakon

Daltonov zakon tvrdi da je pritisak mešavine gasova jednak zbiru parcijalnih pritisaka pojedinih sastavnih delova mešavine. Matematički se taj zakon može opisati kao:

$P_{total}=P_{1}+P_{2}+P_{3}+...+P_{n}\,$

ili

$P_{Total}=P_{Gas}+P_{{H}_{2}{O}}\,$

gde je: P_Total – ukupan pritisak atmospfere, P_Gas – je pritisak mešavine gasova u atmosferi i P_H2O – pritisak vodene pare, kod neke temperature.

Henrijev zakon

Henrijev zakon tvrdi da, kod konstantne temperature, količina rastvorenog gasa u tečnosti, je direktno proporcionalna sa parcijalnim pritisakom tog gasa, u ravnoteži sa tečnošću.

$p=k_{\rm {H}}\,c$

gde je: p – parcijalni pritisak rastvorene materije u gasu iznad rastvora, c – koncentracija rastvorene materije i k_H – Henrijeva konstanta, koja zavisi od rastvorene materije, rastvarača i temperature.

Literatura

• Castka Joseph F.; Metcalfe, H. Clark; Davis, Raymond E.; Williams, John E.: "Modern Chemistry", publisher=Holt, Rinehart and Winston, 2002.
• Guch Ian: "The Complete Idiot's Guide to Chemistry", publisher=Alpha, Penguin Group Inc., 2003.
• Zumdahl Steven S.: "Chemical Principles", publisher=Houghton Millfin Company, 1998.