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

III. STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ

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

9. Struktura a vlastnosti plynů

Fyzikální chemie. Magda Škvorová KFCH CN463 tel února 2013

IDEÁLNÍ PLYN. Stavová rovnice

Zákony ideálního plynu

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

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

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

LOGO. Struktura a vlastnosti plynů Ideální plyn

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

Kapaliny Molekulové vdw síly, vodíkové můstky

Skupenské stavy látek

Molekulová fyzika a termika. Přehled základních pojmů

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

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

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

Mol. fyz. a termodynamika

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

VÝHODY A NEVÝHODY PNEUMATICKÝCH MECHANISMŮ

III. STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ

Kinetická teorie ideálního plynu

Fyzikální principy uplatňované v anesteziologii a IM

Základy vakuové techniky

Mechanika tekutin. Tekutiny = plyny a kapaliny

IDEÁLNÍ PLYN 11. IDEÁLNÍ A REÁLNÝ PLYN, STAVOVÁ ROVNICE

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

Stavové chování kapalin a plynů. 4. března 2010

Kapaliny Molekulové vdw síly, vodíkové můstky

Kapaliny Molekulové vdw síly, vodíkové můstky

Látkové množství n poznámky 6.A GVN

3.5 Tepelné děje s ideálním plynem stálé hmotnosti, izotermický děj

Teplota a její měření

Termodynamika 2. UJOP Hostivař 2014

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

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

Molekulová fyzika a termodynamika

Ing. Stanislav Jakoubek

Stavové chování plynů a kapalin

VÝUKOVÝ MATERIÁL Ing. Yvona Bečičková Tematická oblast

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

TERMOMECHANIKA 1. Základní pojmy

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

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

Rovnováha Tepelná - T všude stejná

Příklady k zápočtu molekulová fyzika a termodynamika

Přednáší a cvičí : Josef Šandera, UMEL

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

Chemie - cvičení 2 - příklady

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

PROCESY V TECHNICE BUDOV cvičení 3, 4

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

Kontrolní otázky k 1. přednášce z TM

Hydrochemie koncentrace látek (výpočty)

Základní pojmy a jednotky

Nekovalentní interakce

Nekovalentní interakce

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

Popis stavového chování plynů

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

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

Skupenské stavy látek. Mezimolekulární síly

Hydrochemie koncentrace látek (výpočty)

Přednáška 2. Martin Kormunda

Hmotnost atomu, molární množství. Atomová hmotnost

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

Počet atomů a molekul v monomolekulární vrstvě

Kinetická teorie plynů

N A = 6, mol -1

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

PROCESY V TECHNICE BUDOV 8

Teoretické základy vakuové techniky

Cvičení z termomechaniky Cvičení 2. Stanovte objem nádoby, ve které je uzavřený dusík o hmotnosti 20 [kg], teplotě 15 [ C] a tlaku 10 [MPa].

Energie, její formy a měření

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

Výpočty za použití zákonů pro ideální plyn

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

Molekulová fyzika a termika:

PŘEVODY JEDNOTEK. jednotky " 1. základní

Voda, pára, vypařování,

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

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Mechanika plynů. Vlastnosti plynů. Atmosféra Země. Atmosférický tlak. Měření tlaku

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

Základy molekulové fyziky a termodynamiky

Domácí úlohy ke kolokviu z předmětu Panorama fyziky II Tomáš Krajča, , Jaro 2008

Transportní jevy v plynech Reálné plyny Fázové přechody Kapaliny

Fyzika v anesteziologii a intenzivní péči

SBÍRKA ŘEŠENÝCH FYZIKÁLNÍCH ÚLOH

Osnova pro předmět Fyzikální chemie II magisterský kurz

Nultá věta termodynamická

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

KDE VZÍT PLYNY? Václav Piskač, Brno 2014

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 Helmon (1579-1644) 2

p = F A 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 7

Boyleův zákon V = konst. / p 8

1/V = konst. p 9

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

Aplikace Vzduch na 60 min. 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 14

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

V, cm 3 Charlesův zákon V = k T 16

Izobary V = a t + b p = konst. 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 and 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 and 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 rychlostmni. Rozměry částic jsou velmi malé ve srovnání s jejich vzdálenostmi a nepůsobí na sebe přitažlivými nebo odpudovými 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 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 Za nízké teploty a vysokého tlaku se uplatňují mezimolekulové síly a vlastní objem molekul 28

Van der Waalsova stavová rovnice reálného plynu (p + a 2 /V) (V b) = RT b = vlastní objem molekul plynu (odečíst) a = mezimolekulová přitažlivost (zvětšit p) J. D. van der Waal (1837-1923) 29

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 30

Zkapalňování plynů Kondenzace je podmíněna působením vdw sil Nízká T, vysoký p, snížení E kin, přiblížení molekul Kritická teplota plynu = nad ní nelze plyn zkapalnit libovolně vysokým tlakem Joule-Thompsonův efekt Expanze stlačeného plynu tryskou, ochlazení způsobené trháním vdw vazeb, potřebná energie se bere z E kin, klesá T. 31

Zkapalňování plynů 32

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 33

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 34

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 35

Maxwell-Boltzmannovo rozdělení rychlostí kt Rychlost ~ m = RT M 36

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 37

38

Maxwell-Boltzmannovo rozdělení rychlostí kt Rychlost ~ m = RT M 39

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 40

Střední volná dráha, l, průměrná vzdálenost mezi dvěma srážkami Závisí na p a T l = k T/ p l = 500 1000 Å Za laboratorních podmínek p,t Viskozita, tepelná vodivost Difuze 41

Efuze Grahamův zákon v 1 /v 2 = (ρ 2 /ρ 1 ) ½ = (M 2 /M 1 ) ½ 42

43