Закон Гей-Люссака - Gay-Lussacs law

Часть серии по
Механика сплошной среды
Гидравлическая механика
Жидкости
Жидкости
Газы
Плазма

Закон гея (правильнее называть Закон Амонтона) утверждает, что давление данной массы газа напрямую зависит от абсолютной температуры газа, когда объем поддерживается постоянным.[1]

Математически это можно записать так: .

Гей-Люссак ошибочно признан за Закон давления, который установил, что давление заключенного газа прямо пропорционально его температуре и который он сформулировал первым (ок. 1809 г.).[2] Ему также иногда приписывают[3][4][5] будучи первым, кто опубликовал убедительные доказательства, показывающие взаимосвязь между давлением и температурой фиксированной массы газа, сохраняемой в постоянном объеме.[4]

Эти законы также известны как Закон давления или Закон Амонтона и Закон Дальтона соответственно.[3][4][5][6]

Закон объединения объемов

Под STP, реакция между тремя кубическими метрами газообразного водорода и одним кубическим метром газообразного азота даст около двух кубических метров газообразного азота. аммиак.

Закон объединения объемов гласит, что когда газы реагируют вместе, они делают это в объеме, который имеет простое целочисленное отношение, при условии, что температура и давление реагирующих газов и их продуктов остаются постоянными.

Соотношение между объемами реагирующих газов и газообразных продуктов можно выразить простым целые числа.

Например, Гей-Люссак обнаружил, что два объема водорода и один объем кислорода будут реагировать с образованием двух объемов газообразной воды. На основании результатов Гей-Люссака, Амедео Авогадро предположил, что при одинаковых температуре и давлении равные объемы газа содержат равное количество молекул (Закон Авогадро ). Эта гипотеза означала, что ранее заявленный результат

2 объема водорода + 1 объем кислорода = 2 объема газообразной воды

можно также выразить как

2 молекулы водорода + 1 молекула кислорода = 2 молекулы воды.

Это также можно выразить другим способом, например, 100 мл водорода объединяются с 50 мл кислорода, чтобы получить 100 мл водяного пара: водород (100 мл) + кислород (50 мл) = вода (100 мл)

Таким образом, объемы водорода и кислорода, которые объединяются (т.е. 100 мл и 50 мл), имеют простое соотношение 2: 1.

Закон объединения газов был обнародован Жозеф Луи Гей-Люссак в 1808 г.[7][8] Однако гипотеза Авогадро не была принята химиками до тех пор, пока итальянский химик Станислао Канниццаро смог убедить Первый международный химический конгресс в 1860 г.[9]

Закон давление-температура

Этот закон часто называют Закон Гей-Люссака давления – температурымежду 1800 и 1802 годами открыли взаимосвязь между давлением и температурой фиксированной массы газа, сохраняемой в постоянном объеме.[10][11][12] Гей Люссак обнаружил это при создании «воздушного термометра».

Давление газа фиксированного масса и исправлено объем является прямо пропорциональный до абсолютной температуры газа.

Отношения между Бойля, Чарльза, Гей-Люссака, Авогадро, комбинированный и законы идеального газа, с Постоянная Больцмана kB = р/NА = п R/N  (в каждом законе характеристики обведены переменные, а свойства, не обведенные кружком, остаются постоянными)

Если температура газа увеличивается, то увеличивается и его давление, если масса и объем газа остаются постоянными. Этот закон имеет особенно простую математическую форму, если температура измеряется по абсолютной шкале, например, в кельвины. Тогда закон можно математически выразить как

или же

куда:

п это давление газа,
Т это температура газа (измеряется в кельвины ),
k это постоянный.

Этот закон верен, потому что температура является мерой среднего кинетическая энергия вещества; по мере увеличения кинетической энергии газа его частицы быстрее сталкиваются со стенками контейнера, тем самым создавая повышенное давление.

Для сравнения одного и того же вещества при двух различных наборах условий закон можно записать как:

Поскольку Амонтон открыл закон заранее, имя Гей-Люссака теперь в химии обычно ассоциируется с законом объединения объемов, обсуждаемым в разделе выше. Некоторые вводные учебники по физике все еще определяют зависимость давления от температуры как закон Гей-Люссака.[13][14][15] Гей-Люссак в первую очередь исследовал взаимосвязь между объемом и температурой и опубликовал ее в 1802 году, но его работа действительно охватывала некоторое сравнение между давлением и температурой.[16] Учитывая относительную технологию, доступную обоим мужчинам, Амонтон мог работать только с воздухом в качестве газа, тогда как Гей-Люссак мог экспериментировать с несколькими типами общих газов, такими как кислород, азот и водород.[17] Гей-Люссак приписал свои открытия Жак Шарль потому что он использовал большую часть неопубликованных данных Чарльза с 1787 года, поэтому закон стал известен как Закон Чарльза или закон Шарля и Гей-Люссака.[18]

Закон Гей-Люссака (Амонтона), Закон Чарльза, и Закон Бойля сформировать комбинированный газовый закон. Эти три закона газа в сочетании с Закон Авогадро можно обобщить закон идеального газа.

Расширение газов

Гей-Люссак использовал формулу, полученную из ΔV / V = ​​αΔT, чтобы определить скорость расширения α для газов. Для воздуха он нашел относительное расширение ΔV / V = ​​37,50% и получил значение α = 37,50% / 100 ° C = 1 / 266,66 ° C, которое указывает на то, что значение абсолютный ноль была примерно 266,66 ° C ниже 0 ° C.[19] Значение скорости расширения α приблизительно одинаково для всех газов, и это также иногда называют законом Гей-Люссака.

Смотрите также

  • Закон Авогадро - Соотношение между объемом и количеством молей газа при постоянной температуре и давлении.
  • Закон Бойля - Соотношение между давлением и объемом в газе при постоянной температуре
  • Закон Чарльза - Связь между объемом и температурой газа при постоянном давлении
  • Закон о комбинированном газе - Сочетание газовых законов Шарля, Бойля и Гей-Люссака.

Рекомендации

  1. ^ "Закон Гей-Люссака". LibreTexts. 2016-06-27. Получено 5 декабря 2018.
  2. ^ Лагассе, Поль (2016), "Жозеф Луи Гей-Люссак", Колумбийская электронная энциклопедия (6-е издание, 2-е изд.), Колумбийский университет, ISBN  978-0787650155[страница нужна ]
  3. ^ а б Палмер, WP (1991), «Филателия, преподавание естественных наук и история науки» (PDF), Лабораторный разговор, 35 (1): 30–31
  4. ^ а б c Холброу, Швейцария; Амато, JC (2011), «Что Гей-Люссак нам не сказал», Являюсь. J. Phys., 79 (1): 17, Bibcode:2011AmJPh..79 ... 17H, Дои:10.1119/1.3485034
  5. ^ а б Спургин, CB (1987), "эксперименты Гей-Люссака по расширению газа и традиционное неверное учение закона Чарльза.'", Анналы науки, 44 (5): 489–505, Дои:10.1080/00033798700200321
  6. ^ Crosland MP (1961), "Истоки закона Гей-Люссака об объединении объемов газов", Анналы науки, 17 (1): 1, Дои:10.1080/00033796100202521
  7. ^ Гей-Люссак (1809) "Mémoire sur la combinaison des gazeuses, les unes avec les autres" (Воспоминания о соединении газообразных веществ друг с другом), Mémoires de la Société d'Arcueil 2: 207–234. Доступно на английском языке по адресу: Колледж Ле Мойн.
  8. ^ "Жозеф-Луи Гей-Люссак". chemistryexplained.com.
  9. ^ Хартли Гарольд (1966). «Станислао Канниццаро, F.R.S. (1826–1910) и Первая Международная химическая конференция в Карлсруэ». Примечания и отчеты Лондонского королевского общества. 21 (1): 56–63. Дои:10.1098 / рснр.1966.0006. S2CID  58453894.
  10. ^ Барнетт, Мартин К. (август 1941 г.), «Краткая история термометрии», Журнал химического образования, 18 (8): 358, Bibcode:1941JChEd..18..358B, Дои:10.1021 / ed018p358. Извлекать.
  11. ^ "История газовых законов Талла". Архивировано из оригинал на 2010-09-08. Получено 2010-07-16.
  12. ^ Видеть:
  13. ^ Типпенс, Пол Э. (2007). Физика, 7 изд. Макгроу-Хилл. 386–387.
  14. ^ Купер, Кристал (11 февраля 2010 г.). «Закон Гей-Люссака». Bright Hub Engineering. Извлекаются из http://www.brighthubengineering.com/hvac/26213-gay-lussacs-law/ 8 июля 2013 г.
  15. ^ Верма, К. - Cengage Physical Chemistry Часть 1 - Раздел 5.6.3
  16. ^ Кросланд, Морис П. (2004). Гей-Люссак: ученый и буржуа. Издательство Кембриджского университета. 119–120.
  17. ^ Азимов, Исаак (1966). Понимание физики - движение, звук и тепло. Уокер и Ко. 191–192.
  18. ^ Гей-Люссак (1802 г.), "Recherches sur la dilatation des gaz et des vapeurs" (Исследования по расширению газов и паров), Annales de Chimie 43: 137–175. На странице 157 Гей-Люссак упоминает неопубликованные находки Шарля: «Avant d'aller plus loin, je dois prévenir que quoique j'eusse reconnu un grand nombre de fois que les gaz oxigène, azote, hydrogène et acide carbonique, et l 'air atmosphérique se dilatent également depuis 0 ° jusqu'a 80 °, le cit. Charles avait remarqué depuis 15 ans la même propriété dans ces gaz; mais n'avant jamais publié ses résultats, c'est par le plus grand hasard que je je les ai connus. " (Прежде чем продолжить, я должен сообщить [вам], что, хотя я много раз осознавал, что газы кислород, азот, водород и углекислота [т.е. углекислый газ] и атмосферный воздух также расширяются от 0 ° до 80 °, гражданин Чарльз заметил 15 лет назад то же свойство в этих газах; но, так и не опубликовав свои результаты, я по чистой случайности знал о них.) Доступно на английском языке по адресу: Колледж Ле Мойн.
  19. ^ Гей-Люссак (1802 г.). "Recherches sur la dilatation des gaz et des vapeurs". Annales de chimie, ou, Recueil de mémoires Concerant la chimie (На французском).

дальнейшее чтение

внешняя ссылка