Plyn. 11 plynných prvků. Vzácné plyny. He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Diatomické plynné prvky H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2

Podobné dokumenty
Plyn. 11 plynných prvků. Vzácné plyny. He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Diatomické plynné prvky H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2

Plyn. 11 plynných prvků. Vzácné plyny He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Diatomické plynné prvky H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2

6. Stavy hmoty - Plyny

Tepelná vodivost. střední rychlost. T 1 > T 2 z. teplo přenesené za čas dt: T 1 T 2. tepelný tok střední volná dráha. součinitel tepelné vodivosti

Chemická kinetika. Reakce 1. řádu rychlost přímo úměrná koncentraci složky

9. Struktura a vlastnosti plynů

III. STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ

IDEÁLNÍ PLYN. Stavová rovnice

Fyzikální chemie. Magda Škvorová KFCH CN463 tel února 2013

Termodynamika. T [K ]=t [ 0 C] 273,15 T [ K ]= t [ 0 C] termodynamická teplota: Stavy hmoty. jednotka: 1 K (kelvin) = 1/273,16 část termodynamické

Skupenské stavy látek

Zákony ideálního plynu

Ideální plyn. Stavová rovnice Děje v ideálním plynu Práce plynu, Kruhový děj, Tepelné motory

Základem molekulové fyziky je kinetická teorie látek. Vychází ze tří pouček:

Skupenské stavy. Kapalina Částečně neuspořádané Volný pohyb částic nebo skupin částic Částice blíže u sebe

Kapitoly z fyzikální chemie KFC/KFCH. I. Základní pojmy FCH a kinetická teorie plynů

Kapaliny Molekulové vdw síly, vodíkové můstky

Molekulová fyzika a termika. Přehled základních pojmů

LOGO. Struktura a vlastnosti plynů Ideální plyn

Mol. fyz. a termodynamika

PLYNNÉ LÁTKY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Termika - 2. ročník

Stavové chování kapalin a plynů. 4. března 2010

VÝHODY A NEVÝHODY PNEUMATICKÝCH MECHANISMŮ

STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

III. STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ

Fyzikální principy uplatňované v anesteziologii a IM

TERMODYNAMIKA Ideální plyn TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

Termodynamika 2. UJOP Hostivař 2014

Kinetická teorie ideálního plynu

Stavové chování plynů a kapalin

Do známky zkoušky rovnocenným podílem započítávají získané body ze zápočtového testu.

Molekulová fyzika a termodynamika

Kapaliny Molekulové vdw síly, vodíkové můstky

Kapaliny Molekulové vdw síly, vodíkové můstky

Stavové chování kapalin a plynů II. 12. března 2010

2.4 Stavové chování směsí plynů Ideální směs Ideální směs reálných plynů Stavové rovnice pro plynné směsi

Teplota a její měření

Mechanika tekutin. Tekutiny = plyny a kapaliny

Vybrané technologie povrchových úprav. Základy vakuové techniky Doc. Ing. Karel Daďourek 2006

Látkové množství n poznámky 6.A GVN

Základy vakuové techniky

IDEÁLNÍ PLYN 11. IDEÁLNÍ A REÁLNÝ PLYN, STAVOVÁ ROVNICE

Ing. Stanislav Jakoubek

Přednáší a cvičí : Josef Šandera, UMEL

Teorie transportu plynů a par polymerními membránami. Doc. Ing. Milan Šípek, CSc. Ústav fyzikální chemie VŠCHT Praha

3.5 Tepelné děje s ideálním plynem stálé hmotnosti, izotermický děj

4. Kolmou tlakovou sílu působící v kapalině na libovolně orientovanou plochu S vyjádříme jako

Kontrolní otázky k 1. přednášce z TM

Stanislav Labík. Ústav fyzikální chemie V CHT Praha budova A, 3. patro u zadního vchodu, místnost

Fázové heterogenní rovnováhy Fáze = homogenní část soustavy, oddělná fyzickým rozhraním, na rozhraní se vlastnosti mění skokem

Příklady k zápočtu molekulová fyzika a termodynamika

Teplota jedna ze základních jednotek soustavy SI, vyjadřována je v Kelvinech (značka K) další používané stupnice: Celsiova, Fahrenheitova

VÝUKOVÝ MATERIÁL Ing. Yvona Bečičková Tematická oblast

Rovnováha Tepelná - T všude stejná

Nekovalentní interakce

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Nekovalentní interakce

Úloha 1 Stavová rovnice ideálního plynu. p V = n R T. Látkové množství [mol]

Popis stavového chování plynů

Molekulová fyzika a termika:

Cvičení z termodynamiky a statistické fyziky

Energie, její formy a měření

Termomechanika 8. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Hmotnost atomu, molární množství. Atomová hmotnost

Osnova pro předmět Fyzikální chemie II magisterský kurz

Fyzika v anesteziologii a intenzivní péči

Hydrochemie koncentrace látek (výpočty)

Kinetická teorie plynů

Voda, pára, vypařování,

Skupenské stavy látek. Mezimolekulární síly

Fyzikální chemie. ochrana životního prostředí analytická chemie chemická technologie denní. Platnost: od do

TERMOMECHANIKA 1. Základní pojmy

TERMOMECHANIKA PRO STUDENTY STROJNÍCH FAKULT prof. Ing. Milan Pavelek, CSc. Brno 2013

Chemie - cvičení 2 - příklady

PROCESY V TECHNICE BUDOV 8

Fyzikální chemie. 1.2 Termodynamika

MOLEKULOVÁ FYZIKA A TERMKA MOLEKULOVÁ FYZIKA A TERMIKA

OBECNÁ CHEMIE. Kurz chemie pro fyziky MFF-UK přednášející: Jaroslav Burda, KChFO.

ÚVODNÍ POJMY, VNITŘNÍ ENERGIE, PRÁCE A TEPLO POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Vibrace atomů v mřížce, tepelná kapacita pevných látek

N A = 6, mol -1

PŘEVODY JEDNOTEK. jednotky " 1. základní

Počet atomů a molekul v monomolekulární vrstvě

MECHANIKA KAPALIN A PLYNŮ. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Mechanika - 1. ročník

BIOMECHANIKA. Studijní program, obor: Tělesná výchovy a sport Vyučující: PhDr. Martin Škopek, Ph.D.

Zadání příkladů řešených na výpočetních cvičeních z Fyzikální chemie I, obor CHTP. Termodynamika. Příklad 10

Digitální učební materiál. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Příjemce podpory Gymnázium, Jevíčko, A. K.

Hydrochemie koncentrace látek (výpočty)

MECHANIKA KAPALIN A PLYNŮ POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

stechiometrický vzorec, platné číslice 1 / 10

TEPELNÉ JEVY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Tercie

měření teploty Molekulová fyzika a termika Teplotní délková roztažnost V praxi úlohy

Fázové rovnováhy I. Phase change cooling vest $ with Free Shipping. PCM phase change materials

Teoretické základy vakuové techniky

5.7 Vlhkost vzduchu Absolutní vlhkost Poměrná vlhkost Rosný bod Složení vzduchu Měření vlhkosti vzduchu

PROCESY V TECHNICE BUDOV cvičení 3, 4

Viriálová stavová rovnice 1 + s.1

LÁTKOVÉ MNOŽSTVÍ. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

Transkript:

Plyny Plyn T v, K Vzácné plyny 11 plynných prvků He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn 165 Rn 211 N 2 O 2 77 F 2 90 85 Diatomické plynné prvky Cl 2 238 H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2 H 2 He Ne Ar Kr Xe 20 4.4 27 87 120 1

Plyn Velká část chemických a fyzikálních teorií byla rozvinuta v souvislosti s experimenty s plyny. Jsou různé druhy "vzduchu první studium plynů Pojem plyn Gas sylvestre = divoký plyn = CO 2 Hoření dřeveného uhlí s KNO 3 (salpetr) Kvašení piva, vína Působení octa na vápenec Grotto del Cane Johann Baptista van Helmont (1579-1644) 2

p = F A F = síla N A = plocha m 2 Tlak 101325 Pa 760 mm Hg 760 torr (Torricelli) 1 atm Evangelista Torricelli (1608-1647) barometr 1643 3

F = m g g = 9.80665 m s 2 Atmosferický tlak Sloupec vzduchu 1 m 2, od země po stratosféru m = 10 4 kg Atmosferický tlak 1 atm 4

p = h ρ g Hydrostatický tlak 5

1662 Boyleův zákon Součin tlaku a objemu je konstantní pro dané množství plynu a teplotu p V = konst. Nezávisí na druhu plynu, nebo více plynů ve směsi Robert Boyle (1627-1691) Výjimka např. NO 2 6

Stlačení plynu za konstantní teploty p V = konst. Za konstantní teploty 7

Boyleův zákon V = konst. / p Objem, ml Tlak, torr 8

1/V = konst. p Tlak, torr 9

Izotermy p = konst. / V T = konst. 10

Vzduch na 60 min. Aplikace Hloubka, m Tlak, atm Vzduch na? min. 11

Kinetická teorie plynů p V = konst. Molekuly plynu narazí na stěny nádoby, odrazí se a předají impulz. Tím se vytváří tlak plynu, který vyrovnává vnější tlak. Pokud snížíme objem na polovinu, nárazy na stěnu jsou dvakrát častější a tlak je dvojnásobný. 12

Charlesův zákon 1787 Různé plyny se roztahují o stejný zlomek objemu při stejném zvýšení teploty Jacques A. C. Charles (1746-1823) první solo let balonem první H 2 balon 13

Charlesův zákon V, cm 3 V = a t + b Teplota, o C 14

V = a t + b V = a (t + b/a) Charlesův zákon V = a t + b b/a = 273 C absolutní stupnice teploty V = k T T = absolutní teplota [K] 15

Charlesův zákon V, cm 3 V = k T Teplota, K 16

Izobary V = a t + b p = konst. Teplota, o C 17

Charlesův-Gay-Lussakův zákon V = V 0 (1 + α t) α = 1/273 koeficient tepelné roztažnosti t = teplota ve C V 1 /T 1 = V 0 /T 0 za konst. n a p Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) 18

Amontonův zákon p = p 0 (1 + α t) α = 1/273 koeficient tepelné roztažnosti p 1 /T 1 = p 0 /T 0 za konst. n a V izochora 19

Avogadrův zákon 1811 Stejné objemy plynů obsahují stejný počet molekul (za stejných podmínek p, T) Nepřijato až do 1858, Cannizzaro Voda do té doby OH, M(O) = 8 po 1858 H 2 O, M(O) = 16 V = n konst. V/n = konst. Tedy tlak závisí na počtu molekul, teplotě, objemu p V = f (N, T) 20

Ideální plyn Je složen z malých částic (atomů, molekul), které jsou v neustálém pohybu po přímých drahách v náhodných směrech vysokými rychlostmi. Rozměry částic jsou velmi malé ve srovnání s jejich vzdálenostmi a nepůsobí na sebe přitažlivými nebo odpudivými silami. Vzájemné srážky jsou elastické, bez ztráty energie. Kinetická energie částice je závislá na teplotě. KE = ½ m v 2 21

V = n konst. V/n = konst. 1 mol plynu V m = 22.41 l mol 1 Za standardní teploty a tlaku (STP) p = 101.325 kpa = 1 atm = 760 torr t = 0 C 22

Rovnice ideálního plynu Ideální plyn Objem molekul nulový (zanedbatelný oproti objemu plynu) Žádné mezimolekulové síly pv = nrt V = (n R T) / p p= (nrt)/v n/v = p / RT n = počet molů R = plynová konstanta R = 8.314 J K 1 mol 1 23

Rovnice ideálního plynu p V = n R T p = konst. izobara V = konst. izochora T = konst. izoterma 24

Výpočet M r plynu p V = n R T = (m/m) R T ρ = m/v = p M / R T hustota M = ρ RT / p 25

Molární zlomek Parciální tlak x i = n i / Σ n i Σ x i = 1 Tlak plynu uzavřeného nad kapalinou p = p(plynu) + tenze par 26

Daltonův zákon Tlak komponenty ve směsi, kdyby byla v daném objemu sama. p celk = p 1 + p 2 + p 3 +...+ p n = Σ p i p(vzduch) = p(o 2 ) + p(n 2 ) + p(ar) + p(co 2 ) + p(ost.) Parciální tlak P He = x He P celk P Ne = x Ne P celk P celk = P He + P Ne 27

Neideální (reálný) plyn Chování neideálního plynu se blíží ideálnímu za vysoké teploty a nízkého tlaku Z = kompresibilitní faktor Z = ideální plyn Za nízké teploty a vysokého tlaku se uplatňují mezimolekulové síly a vlastní objem molekul 28

Neideální (reálný) plyn Z > 1 molární objem neideálního plynu je větší než ideálního Odpudivé mezimolekulové interakce převládají Z < 1 molární objem neideálního plynu je menší než ideálního Přitažlivé mezimolekulové interakce převládají 29

Van der Waalsova stavová rovnice reálného plynu (p + a/v m2 ) (V m b) = RT V m = molární objem plynu b = vlastní objem molekul plynu (odečíst) a = mezimolekulová přitažlivost (zvětšit p) J. D. van der Waals (1837-1923) NP za chemii 1910 30

Van der Waalsova stavová rovnice reálného plynu 2 an P + )( V nb) = V ( 2 nrt P = nrt ( V nb) an ( V 2 2 ) Plyn a (l 2 bar mol -2 ) b (l mol -1 ) Helium 0.034598 0.023733 Vodík 0.24646 0.026665 Dusík 1.3661 0.038577 Kyslík 1.3820 0.031860 Benzen 18.876 0.11974 31

Zkapalňování plynů Kondenzace je podmíněna působením vdw sil Nízká T, vysoký p, snížení E kin, přiblížení molekul Ideální plyn nelze zkapalnit Kritická teplota plynu = nad ní nelze plyn zkapalnit libovolně vysokým tlakem 32

Joule-Thompsonůvefekt Joule-Thompsonův efekt = změna teploty při adiabatické expanzi stlačeného plynu tryskou µ = dt/dp Joule-Thompsonův koeficient µ > 0 ochlazení způsobené trháním vdw vazeb, potřebná energie se bere z E kin, klesá T. Pod J-T inverzní teplotou. NH 3, CO 2, freony µ = 0 ideální plyn, reálný plyn při J-T inverzní teplotě µ< 0 Nad J-T inverzní teplotou. H 2, He, Ne. Ve stlačeném plynu jsou odpudivé interakce, které se při expanzi zruší, energie se uvolní = ohřátí 33

Zkapalňování plynů Tepelný výměník Tryska Kompresor 34

Kinetická teorie plynů 1738 Daniel Bernoulli (1700-1782) Atomy a molekuly jsou v neustálém pohybu, teplota je mírou intenzity tohoto pohybu Statistická mechanika, Clausius, Maxwell, Boltzmann střední rychlost molekuly H 2 při 0 C <v> = 1.84 10 3 m s 1 = 6624 km h 1 35

Kinetická teorie plynů Střední kinetická energie molekuly plynu E kin = 1 / 2 m<v 2 > m = hmotnost molekuly plynu <v> = střední rychlost molekuly plynu Střední kinetická energie všech plynů při dané teplotě je stejná. E kin = 3/2 k T 36

Maxwell-Boltzmannovo rozdělení rychlostí dn = 4πN (m / 2 π kt) 3 /2 exp( ½mv 2 /kt) v 2 dv Nejpravděpodobnější rychlost Průměrná rychlost Střední kvadratická rychlost v mp = (2kT / m) ½ v av = (8kT / π m) ½ v rms = (3kT / m) ½ kt Rychlost ~ m = RT M 37

Maxwell-Boltzmannovo rozdělení rychlostí kt Rychlost ~ m = RT M 38

Kinetická teorie plynů Počet molekul Plocha pod křivkami je stejná, protože celkový počet molekul se nemění Rychlost, m s 1 Žádná molekula nemá nulovou rychlost Maximální rychlost Čím vyšší rychlost, tím méně molekul 39

40

Maxwell-Boltzmannovo rozdělení rychlostí kt Rychlost ~ m = RT M 41

pv = R T = N A k T E kin = 1 / 2 m<v 2 >= 3 / 2 kt Celková energie na jednotkový objem U = 3 / 2 N A kt/v [Jm 3 ] Pak p = 2 / 3 U p = 1/3 n m <v 2 > = 1/3 ρ <v 2 > n = počet částic na m 3 <v> = (3kT / m) ½ 42

Difuze Střední volná dráha, l, průměrná vzdálenost mezi dvěma srážkami Závisí na p a T l = konst T/ p = konst /n π (2r) 2 n = počet částic na m 3 r = poloměr molekuly l = 500 1000 Å Za laboratorních podmínek p,t Viskozita, tepelná vodivost 43

Efuze Grahamův zákon v 1 /v 2 = (ρ 2 /ρ 1 ) ½ = (M 2 /M 1 ) ½ 44

45