قانون گازهای ایدهآل و حجم
یکی از مهمترین کاربردهای قانون گازهای ایدهآل (Ideal Gas Law)، محاسبه حجم گاز (V) در شرایط مختلف است. برخلاف مایعات و جامدات، حجم گازها ثابت نیست و به شدت تحت تأثیر فشار، دما و مقدار ماده (مول) قرار دارد. این ابزار با استفاده از فرمول PV=nRT به شما کمک میکند تا دقیقاً بفهمید یک مقدار مشخص از گاز در فشار و دمای معین، چه فضایی را اشغال میکند. این محاسبه در شیمی تحلیلی، مهندسی فرآیند و حتی هواشناسی کاربرد گستردهای دارد.
فرمول محاسبه حجم
معادله حالت گازهای ایدهآل به صورت زیر است:
برای یافتن حجم (V)، فرمول را بازآرایی میکنیم:
V = (n × R × T) / P- V: حجم گاز (لیتر L)
- n: تعداد مول (mol)
- R: ثابت جهانی گازها (۰.۰۸۲۱ L·atm/mol·K)
- T: دما (کلوین K)
- P: فشار (اتمسفر atm)
مثالهای کاربردی
۱. حجم بالن در ارتفاعات
یک بالن هواشناسی با مقدار مشخصی گاز هلیوم (n ثابت) پر میشود. وقتی بالن به ارتفاعات بالا میرود، فشار هوا (P) کاهش مییابد. طبق فرمول (V متناسب با 1/P)، حجم بالن به شدت افزایش مییابد. اگر طراحان این افزایش حجم را پیشبینی نکنند، بالن میترکد.
۲. ایربگ خودرو
ایربگها با یک واکنش شیمیایی سریع که مقدار زیادی گاز نیتروژن (n) تولید میکند، کار میکنند. مهندسان باید محاسبه کنند که این مقدار گاز در دمای لحظه انفجار (T) چه حجمی (V) را اشغال میکند تا ایربگ دقیقاً به اندازه کافی باد شود، نه کمتر و نه بیشتر.
۳. استوکیومتری واکنشها
در واکنشهایی که فرآورده گازی دارند، شیمیدانها با محاسبه تعداد مولهای تولید شده (n) و دانستن شرایط آزمایشگاه (P و T)، حجم ظرف مورد نیاز برای جمعآوری گاز را محاسبه میکنند.
نکات مهم محاسباتی
- ×
واحد فشار: این محاسبهگر از ثابت R = 0.0821 استفاده میکند که نیازمند فشار به واحد «اتمسفر» (atm) است. اگر فشار شما پاسکال یا میلیمتر جیوه است، ابتدا آن را به اتمسفر تبدیل کنید.
- ×
دما به کلوین: هرگز از سلسیوس استفاده نکنید. اگر دمای اتاق ۲۵ درجه است، باید ۲۹۸.۱۵ کلوین وارد کنید.
سوالات متداول
حجم مولی چیست؟▼
حجم مولی، حجمی است که یک مول گاز اشغال میکند. در شرایط استاندارد (STP)، این مقدار برای تمام گازهای ایدهآل برابر ۲۲.۴ لیتر است.
آیا نوع گاز (اکسیژن، نیتروژن و...) در حجم تاثیر دارد؟▼
در مدل «گاز ایدهآل»، نوع گاز مهم نیست و فقط تعداد ذرات (مول) مهم است. اما در واقعیت و در فشارهای بسیار بالا، اندازه مولکولهای گازهای مختلف باعث انحراف جزئی از این قانون میشود.