Калкулатор за STP: уравнение за идеален газ (PV = nRT)

Калкулаторът за уравнението на идеалния газ намира налягането, обема, температурата или количеството газ чрез уравнението PV = nRT. Потребителят въвежда произволни три от четирите стойности и калкулаторът изчислява липсващата.

Какво е STP?

STP означава стандартни температура и налягане. Това е фиксирана отправна точка, използвана в химията, за да могат измерванията на газове от различни експерименти да се сравняват при еднакви условия. Този калкулатор определя STP като 0 °C (273,15 K) и налягане от 1 атмосфера (atm) — по-старото съглашение, което все още се използва в повечето учебници. От 1982 г. IUPAC използва различно стандартно налягане: 0 °C и 100 кПа, което е малко под 1 atm (101,325 кПа).

Формула на уравнението за идеален газ

Уравнението за идеален газ е:

PV = nRT

Всяка буква обозначава едно свойство на газа:

• P е налягането, измерено в атмосфери (atm)
• V е обемът, измерен в литри (L)
• n е количеството газ, измерено в молове (mol)
• T е температурата, измерена в келвини (K)
• R е газовата константа. Този калкулатор използва R = 0,0820574 l·atm/(mol·K)

Газовата константа има точна стойност в единици на SI: R = 8,31446261815324 J/(mol·K). Една стандартна атмосфера също е точна и е равна на 101 325 Pa. Делението на едната стойност на другата преобразува R в единиците, използвани от този калкулатор: 8,31446261815324 ÷ 101,325 = 0,08205736608 l·atm/(mol·K). В много учебници тази стойност се закръгля до 0,08206, което променя резултата с около 0,003%.

Температурата трябва да е в келвини, за да работи уравнението. Калкулаторът изисква температурата в градуси по Целзий и я преобразува вътрешно, като добавя 273,15 (K = °C + 273,15).

Как се изчисляват налягането, обемът, температурата или количеството вещество

Уравнението може да се преобразува, за да се изчисли всяка неизвестна стойност.

• Налягане: P = nRT / V
• Обем: V = nRT / P
• Температура: T = PV / (nR), след което резултатът в келвини се преобразува обратно в градуси по Целзий
• Количество вещество: n = PV / (RT)

За да използвате калкулатора, изберете коя стойност да бъде намерена, след което попълнете останалите три полета. Налягането, обемът и количеството вещество трябва да са по-големи от нула. Температурата трябва да е над абсолютната нула, -273,15 °C.

Пример: намиране на налягането при STP

Газова проба има 1 мол (n = 1), обем 22,4 литра (V = 22,4 l) и температура 0 °C, която е равна на 273,15 K.

P = nRT / V P = (1 × 0,0820574 × 273,15) / 22,4 P = 1,0006 atm

Резултатът е близък до 1 atm, което е очаквано: един мол идеален газ заема около 22,4 литра при STP.

Пример: намиране на обема

Газова проба има 1 мол (n = 1), налягане 1 atm и температура 25 °C, която е равна на 298,15 K.

V = nRT / P V = (1 × 0,0820574 × 298,15) / 1 V = 24,4654 l

Обемът е по-голям, отколкото при STP, тъй като температурата е по-висока.

Откъде произлиза формулата

Уравнението за идеален газ обединява три по-стари зависимости. Законът на Бойл описва как налягането и обемът се изменят едновременно, когато температурата остава постоянна. Законът на Шарл описва как се изменят обемът и температурата, когато налягането остава постоянно. Законът на Авогадро описва как обемът се изменя с количеството газ, когато налягането и температурата остават постоянни. Обединяването на трите закона дава PV = nRT.

Кога уравнението за идеален газ е точно

Уравнението за идеален газ разглежда частиците на газа като точки, които не се привличат и не се отблъскват взаимно. Реалните газове се държат така само при определени условия. Формулата работи най-добре при ниско налягане и висока температура, далеч от точката, в която газът би се превърнал в течност. При много високо налягане или много ниска температура поведението на реалния газ се отклонява от формулата и резултатите стават по-малко точни.

Обичайни приложения

Студентите по химия използват уравнението за идеален газ, за да проверяват задачи от учебници и лабораторни упражнения. Лабораторните специалисти го използват, за да свързват налягането, обема и температурата на газова проба по време на експеримент. Инженерите го използват за приблизителни оценки при задачи като оразмеряване на хранилища за газ или прогнозиране как се изменя обемът на газа с температурата.

Често задавани въпроси

Какво е газовата константа R?

R е 0,0820574 l·atm/(mol·K), когато налягането се измерва в атмосфери, а обемът — в литри. В единици на SI същата константа е 8,31446261815324 J/(mol·K) — стойност, фиксирана точно с 2019 г. при преразглеждането на SI.

Калкулаторът използва ли градуси по Целзий или келвини за температурата?

Той използва градуси по Целзий. Калкулаторът автоматично преобразува стойността в келвини, преди да реши уравнението.

Защо температурата трябва да е над -273,15 °C?

-273,15 °C, или 0 K, е абсолютната нула — най-ниската температура, която може да съществува. Уравнението за идеален газ не е дефинирано под нея.

Какво са стандартните температура и налягане (STP)?

STP са 0 °C (273,15 K) и 1 atm. Те дават на учените обща отправна точка за сравняване на измерванията на газове.

Колко литра заема един мол газ при STP?

22,4140 литра при 0 °C и 1 atm. Задаването на калкулатора да изчисли обема при n = 1 mol, P = 1 atm и T = 0 °C дава тази стойност, която съвпада с публикувания моларен обем на идеален газ.

Могат ли налягането, обемът или количеството вещество да бъдат нула или отрицателни?

Не. Газова проба не може да има нулево или отрицателно налягане, обем или количество, затова калкулаторът изисква всяко от тези три полета да е със стойност, по-голяма от нула.