ماشین حساب STP: محاسبات قانون گاز ایده‌آل به سادگی

مقدمه‌ای بر ماشین حساب STP

ماشین حساب STP ابزاری قدرتمند و در عین حال کاربرپسند است که برای انجام محاسبات مربوط به شرایط دما و فشار استاندارد (STP) با استفاده از قانون گاز ایده‌آل طراحی شده است. این معادله بنیادی در شیمی و فیزیک رفتار گازها را تحت شرایط مختلف توصیف می‌کند و برای دانش‌آموزان، مربیان، محققان و حرفه‌ای‌ها در زمینه‌های علمی ضروری است. چه نیاز به محاسبه فشار، حجم، دما یا تعداد مول‌ها در یک سیستم گازی داشته باشید، این ماشین حساب نتایج دقیقی را با حداقل تلاش ارائه می‌دهد.

دما و فشار استاندارد (STP) به شرایط مرجع خاصی اشاره دارد که در اندازه‌گیری‌های علمی استفاده می‌شود. تعریف معمولاً پذیرفته شده از STP دمای ۰ درجه سانتی‌گراد (۲۷۳.۱۵ کلوین) و فشار ۱ اتمسفر (atm) است. این شرایط استاندارد به دانشمندان اجازه می‌دهد تا رفتار گازها را به طور مداوم در آزمایش‌ها و کاربردهای مختلف مقایسه کنند.

ماشین حساب STP ما از قانون گاز ایده‌آل استفاده می‌کند تا به شما کمک کند هر متغیر را در معادله زمانی که سایرین شناخته شده‌اند، محاسبه کنید و محاسبات پیچیده گاز را برای همه قابل دسترسی کند.

درک فرمول قانون گاز ایده‌آل

قانون گاز ایده‌آل با معادله زیر بیان می‌شود:

$PV = nRT$

که در آن:

• P فشار گاز است (معمولاً به اتمسفر، atm اندازه‌گیری می‌شود)
• V حجم گاز است (معمولاً به لیتر، L اندازه‌گیری می‌شود)
• n تعداد مول‌های گاز است (mol)
• R ثابت گاز جهانی است (۰.۰۸۲۰۶ L·atm/(mol·K))
• T دمای مطلق گاز است (به کلوین، K اندازه‌گیری می‌شود)

این معادله زیبا چندین قانون گاز قبلی (قانون بویل، قانون چارلز و قانون آووگادرو) را در یک رابطه جامع ترکیب می‌کند که توصیف می‌کند گازها تحت شرایط مختلف چگونه رفتار می‌کنند.

تغییر فرمول

قانون گاز ایده‌آل می‌تواند برای حل هر یک از متغیرها تغییر یابد:

1. برای محاسبه فشار (P): $P = \frac{nRT}{V}$

2. برای محاسبه حجم (V): $V = \frac{nRT}{P}$

3. برای محاسبه تعداد مول‌ها (n): $n = \frac{PV}{RT}$

4. برای محاسبه دما (T): $T = \frac{PV}{nR}$

ملاحظات و موارد خاص مهم

هنگام استفاده از قانون گاز ایده‌آل، به این نکات مهم توجه داشته باشید:

• دمای باید به کلوین باشد: همیشه دما را به کلوین تبدیل کنید با افزودن ۲۷۳.۱۵ (K = °C + ۲۷۳.۱۵)
• صفر مطلق: دما نمی‌تواند زیر صفر مطلق (-۲۷۳.۱۵°C یا ۰ K) باشد
• مقادیر غیر صفر: فشار، حجم و مول‌ها باید همه مثبت و غیر صفر باشند
• فرض رفتار ایده‌آل: قانون گاز ایده‌آل فرض می‌کند که رفتار ایده‌آل است، که در شرایط زیر دقیق‌ترین است:
  • فشارهای کم (نزدیک به فشار اتمسفری)
  • دماهای بالا (بسیار بالاتر از نقطه چگالش گاز)
  • گازهای با وزن مولکولی کم (مانند هیدروژن و هلیوم)

نحوه استفاده از ماشین حساب STP

ماشین حساب STP ما استفاده از محاسبات قانون گاز ایده‌آل را آسان می‌کند. مراحل ساده زیر را دنبال کنید:

محاسبه فشار

1. "فشار" را به عنوان نوع محاسبه انتخاب کنید
2. حجم گاز را به لیتر (L) وارد کنید
3. تعداد مول‌های گاز را وارد کنید
4. دما را به درجه سانتی‌گراد (°C) وارد کنید
5. ماشین حساب فشار را به اتمسفر (atm) نمایش می‌دهد

محاسبه حجم

1. "حجم" را به عنوان نوع محاسبه انتخاب کنید
2. فشار را به اتمسفر (atm) وارد کنید
3. تعداد مول‌های گاز را وارد کنید
4. دما را به درجه سانتی‌گراد (°C) وارد کنید
5. ماشین حساب حجم را به لیتر (L) نمایش می‌دهد

محاسبه دما

1. "دما" را به عنوان نوع محاسبه انتخاب کنید
2. فشار را به اتمسفر (atm) وارد کنید
3. حجم گاز را به لیتر (L) وارد کنید
4. تعداد مول‌های گاز را وارد کنید
5. ماشین حساب دما را به درجه سانتی‌گراد (°C) نمایش می‌دهد

محاسبه مول‌ها

1. "مول‌ها" را به عنوان نوع محاسبه انتخاب کنید
2. فشار را به اتمسفر (atm) وارد کنید
3. حجم گاز را به لیتر (L) وارد کنید
4. دما را به درجه سانتی‌گراد (°C) وارد کنید
5. ماشین حساب تعداد مول‌ها را نمایش می‌دهد

مثال محاسبه

بیایید یک مثال محاسبه برای یافتن فشار یک گاز در STP انجام دهیم:

• تعداد مول‌ها (n): ۱ مول
• حجم (V): ۲۲.۴ L
• دما (T): ۰°C (۲۷۳.۱۵ K)
• ثابت گاز (R): ۰.۰۸۲۰۶ L·atm/(mol·K)

با استفاده از فرمول فشار: $P = \frac{nRT}{V} = \frac{1 \times 0.08206 \times 273.15}{22.4} = 1.00 \text{ atm}$

این تأیید می‌کند که ۱ مول از یک گاز ایده‌آل در فشار STP (۰°C و ۱ atm) حدود ۲۲.۴ لیتر اشغال می‌کند.

کاربردهای عملی قانون گاز ایده‌آل

قانون گاز ایده‌آل کاربردهای متعددی در زمینه‌های علمی و مهندسی دارد:

کاربردهای شیمی

1. استوکیومتری گاز: تعیین مقدار گاز تولید شده یا مصرف شده در واکنش‌های شیمیایی
2. محاسبات بازده واکنش: محاسبه بازده تئوری محصولات گازی
3. تعیین چگالی گاز: یافتن چگالی گازها تحت شرایط مختلف
4. تعیین وزن مولکولی: استفاده از چگالی گاز برای تعیین وزن مولکولی ترکیبات ناشناخته

کاربردهای فیزیک

1. علم جوی: مدل‌سازی تغییرات فشار جوی با ارتفاع
2. ترمودینامیک: تحلیل انتقال حرارت در سیستم‌های گازی
3. نظریه جنبشی: درک حرکت مولکولی و توزیع انرژی در گازها
4. مطالعات انتشار گاز: بررسی چگونگی مخلوط شدن و پخش گازها

کاربردهای مهندسی

1. سیستم‌های HVAC: طراحی سیستم‌های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع
2. سیستم‌های پنوماتیک: محاسبه نیازهای فشار برای ابزارها و ماشین‌آلات پنوماتیک
3. پردازش گاز طبیعی: بهینه‌سازی ذخیره‌سازی و حمل و نقل گاز
4. مهندسی هوانوردی: تحلیل اثرات فشار هوا در ارتفاعات مختلف

کاربردهای پزشکی

1. درمان تنفسی: محاسبه مخلوط‌های گاز برای درمان‌های پزشکی
2. بیهوشی: تعیین غلظت‌های مناسب گاز برای بیهوشی
3. پزشکی هایپر باریک: برنامه‌ریزی درمان‌ها در اتاق‌های اکسیژن تحت فشار
4. آزمایش عملکرد ریوی: تحلیل ظرفیت و عملکرد ریه‌ها

قوانین گاز جایگزین و زمان استفاده از آن‌ها

در حالی که قانون گاز ایده‌آل به طور گسترده‌ای قابل استفاده است، در برخی شرایط، قوانین گاز جایگزین نتایج دقیق‌تری ارائه می‌دهند:

معادله وان در والز

$\left(P + a\frac{n^2}{V^2}\right)(V - nb) = nRT$

که در آن:

• a به جاذبه‌های بین مولکولی اشاره دارد
• b به حجمی که مولکول‌های گاز اشغال می‌کنند اشاره دارد

زمان استفاده: برای گازهای واقعی در فشارهای بالا یا دماهای پایین که تعاملات مولکولی اهمیت می‌یابند.

معادله ردلیچ-کوانگ

$P = \frac{RT}{V_m - b} - \frac{a}{\sqrt{T}V_m(V_m + b)}$

زمان استفاده: برای پیش‌بینی‌های دقیق‌تر رفتار غیرایده‌آل گازها، به ویژه در فشارهای بالا.

معادله ویرال

$\frac{PV}{nRT} = 1 + \frac{B(T)}{V} + \frac{C(T)}{V^2} + ...$

زمان استفاده: زمانی که به یک مدل انعطاف‌پذیر نیاز دارید که می‌تواند برای رفتار غیرایده‌آل به طور فزاینده‌ای گسترش یابد.

قوانین گاز ساده‌تر

برای شرایط خاص، ممکن است از این روابط ساده‌تر استفاده کنید:

1. قانون بویل: $P_1V_1 = P_2V_2$ (دمای ثابت و مقدار ثابت)
2. قانون چارلز: $\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}$ (فشار و مقدار ثابت)
3. قانون آووگادرو: $\frac{V_1}{n_1} = \frac{V_2}{n_2}$ (فشار و دما ثابت)
4. قانون گی-لوساک: $\frac{P_1}{T_1} = \frac{P_2}{T_2}$ (حجم و مقدار ثابت)

تاریخچه قانون گاز ایده‌آل و STP

قانون گاز ایده‌آل نمایانگر اوج تحقیقات قرن‌ها در رفتار گازها است. توسعه آن سفری جذاب در تاریخ شیمی و فیزیک را ترسیم می‌کند:

قوانین گاز اولیه

• ۱۶۶۲: رابرت بویل رابطه معکوس بین فشار و حجم گاز را کشف کرد (قانون بویل)
• ۱۷۸۷: ژاک چارلز رابطه مستقیم بین حجم گاز و دما را مشاهده کرد (قانون چارلز)
• ۱۸۰۲: ژوزف لوئی گی-لوساک رابطه بین فشار و دما را فرموله کرد (قانون گی-لوساک)
• ۱۸۱۱: آمه‌دئو آووگادرو پیشنهاد کرد که حجم‌های مساوی گازها شامل تعداد مساوی مولکول‌ها هستند (قانون آووگادرو)

فرمول‌بندی قانون گاز ایده‌آل

• ۱۸۳۴: امیل کلاپه‌یر قوانین بویل، چارلز و آووگادرو را در یک معادله واحد ترکیب کرد (PV = nRT)
• ۱۸۷۳: یوهانس دیدریک وان در والز معادله گاز ایده‌آل را برای در نظر گرفتن حجم مولکولی و تعاملات اصلاح کرد
• ۱۸۷۶: لودویگ بولتزمان توجیه نظری برای قانون گاز ایده‌آل از طریق مکانیک آماری ارائه داد

تکامل استانداردهای STP

• ۱۸۹۲: اولین تعریف رسمی از STP به عنوان ۰ درجه سانتی‌گراد و ۱ atm پیشنهاد شد
• ۱۹۸۲: IUPAC استاندارد فشار را به ۱ بار (۰.۹۸۶۹۲۳ atm) تغییر داد
• ۱۹۹۹: NIST STP را به‌طور دقیق ۲۰ درجه سانتی‌گراد و ۱ atm تعریف کرد
• اکنون: استانداردهای متعددی وجود دارد، با رایج‌ترین آن‌ها:
  • IUPAC: ۰ درجه سانتی‌گراد (۲۷۳.۱۵ K) و ۱ بار (۱۰۰ kPa)
  • NIST: ۲۰ درجه سانتی‌گراد (۲۹۳.۱۵ K) و ۱ atm (۱۰۱.۳۲۵ kPa)

این پیشرفت تاریخی نشان می‌دهد که چگونه درک ما از رفتار گازها از طریق مشاهده، آزمایش و توسعه نظری به تکامل رسیده است.

مثال‌های کد برای محاسبات قانون گاز ایده‌آل

در اینجا مثال‌هایی در زبان‌های مختلف برنامه‌نویسی نشان می‌دهد که چگونه محاسبات قانون گاز ایده‌آل را پیاده‌سازی کنید:

1' تابع Excel برای محاسبه فشار با استفاده از قانون گاز ایده‌آل
2Function CalculatePressure(moles As Double, volume As Double, temperature As Double) As Double
3    Dim R As Double
4    Dim tempKelvin As Double
5    
6    ' ثابت گاز به L·atm/(mol·K)
7    R = 0.08206
8    
9    ' تبدیل سانتی‌گراد به کلوین
10    tempKelvin = temperature + 273.15
11    
12    ' محاسبه فشار
13    CalculatePressure = (moles * R * tempKelvin) / volume
14End Function
15
16' مثال استفاده:
17' =CalculatePressure(1, 22.4, 0)
18

1def ideal_gas_law(pressure=None, volume=None, moles=None, temperature_celsius=None):
2    """
3    محاسبه پارامتر گمشده در معادله قانون گاز ایده‌آل: PV = nRT
4    
5    پارامترها:
6    pressure (float): فشار به اتمسفر (atm)
7    volume (float): حجم به لیتر (L)
8    moles (float): تعداد مول‌ها (mol)
9    temperature_celsius (float): دما به سانتی‌گراد
10    
11    برمی‌گرداند:
12    float: پارامتر محاسبه شده
13    """
14    # ثابت گاز به L·atm/(mol·K)
15    R = 0.08206
16    
17    # تبدیل سانتی‌گراد به کلوین
18    temperature_kelvin = temperature_celsius + 273.15
19    
20    # تعیین اینکه کدام پارامتر را محاسبه کنیم
21    if pressure is None:
22        return (moles * R * temperature_kelvin) / volume
23    elif volume is None:
24        return (moles * R * temperature_kelvin) / pressure
25    elif moles is None:
26        return (pressure * volume) / (R * temperature_kelvin)
27    elif temperature_celsius is None:
28        return ((pressure * volume) / (moles * R)) - 273.15
29    else:
30        return "تمام پارامترها ارائه شده‌اند. چیزی برای محاسبه نیست."
31
32# مثال: محاسبه فشار در STP
33pressure = ideal_gas_law(volume=22.4, moles=1, temperature_celsius=0)
34print(f"فشار: {pressure:.4f} atm")
35

1/**
2 * ماشین حساب قانون گاز ایده‌آل
3 * @param {Object} params - پارامترها برای محاسبه
4 * @param {number} [params.pressure] - فشار به اتمسفر (atm)
5 * @param {number} [params.volume] - حجم به لیتر (L)
6 * @param {number} [params.moles] - تعداد مول‌ها (mol)
7 * @param {number} [params.temperature] - دما به سانتی‌گراد
8 * @returns {number} پارامتر محاسبه شده
9 */
10function idealGasLaw({ pressure, volume, moles, temperature }) {
11  // ثابت گاز به L·atm/(mol·K)
12  const R = 0.08206;
13  
14  // تبدیل سانتی‌گراد به کلوین
15  const tempKelvin = temperature + 273.15;
16  
17  // تعیین اینکه کدام پارامتر را محاسبه کنیم
18  if (pressure === undefined) {
19    return (moles * R * tempKelvin) / volume;
20  } else if (volume === undefined) {
21    return (moles * R * tempKelvin) / pressure;
22  } else if (moles === undefined) {
23    return (pressure * volume) / (R * tempKelvin);
24  } else if (temperature === undefined) {
25    return ((pressure * volume) / (moles * R)) - 273.15;
26  } else {
27    throw new Error("تمام پارامترها ارائه شده‌اند. چیزی برای محاسبه نیست.");
28  }
29}
30
31// مثال: محاسبه حجم در STP
32const volume = idealGasLaw({ pressure: 1, moles: 1, temperature: 0 });
33console.log(`حجم: ${volume.toFixed(4)} L`);
34

1public class IdealGasLawCalculator {
2    // ثابت گاز به L·atm/(mol·K)
3    private static final double R = 0.08206;
4    
5    /**
6     * محاسبه فشار با استفاده از قانون گاز ایده‌آل
7     * @param moles تعداد مول‌ها (mol)
8     * @param volume حجم به لیتر (L)
9     * @param temperatureCelsius دما به سانتی‌گراد
10     * @return فشار به اتمسفر (atm)
11     */
12    public static double calculatePressure(double moles, double volume, double temperatureCelsius) {
13        double temperatureKelvin = temperatureCelsius + 273.15;
14        return (moles * R * temperatureKelvin) / volume;
15    }
16    
17    /**
18     * محاسبه حجم با استفاده از قانون گاز ایده‌آل
19     * @param moles تعداد مول‌ها (mol)
20     * @param pressure فشار به اتمسفر (atm)
21     * @param temperatureCelsius دما به سانتی‌گراد
22     * @return حجم به لیتر (L)
23     */
24    public static double calculateVolume(double moles, double pressure, double temperatureCelsius) {
25        double temperatureKelvin = temperatureCelsius + 273.15;
26        return (moles * R * temperatureKelvin) / pressure;
27    }
28    
29    /**
30     * محاسبه مول‌ها با استفاده از قانون گاز ایده‌آل
31     * @param pressure فشار به اتمسفر (atm)
32     * @param volume حجم به لیتر (L)
33     * @param temperatureCelsius دما به سانتی‌گراد
34     * @return تعداد مول‌ها (mol)
35     */
36    public static double calculateMoles(double pressure, double volume, double temperatureCelsius) {
37        double temperatureKelvin = temperatureCelsius + 273.15;
38        return (pressure * volume) / (R * temperatureKelvin);
39    }
40    
41    /**
42     * محاسبه دما با استفاده از قانون گاز ایده‌آل
43     * @param pressure فشار به اتمسفر (atm)
44     * @param volume حجم به لیتر (L)
45     * @param moles تعداد مول‌ها (mol)
46     * @return دما به سانتی‌گراد
47     */
48    public static double calculateTemperature(double pressure, double volume, double moles) {
49        double temperatureKelvin = (pressure * volume) / (moles * R);
50        return temperatureKelvin - 273.15;
51    }
52    
53    public static void main(String[] args) {
54        // مثال: محاسبه فشار در STP
55        double pressure = calculatePressure(1, 22.4, 0);
56        System.out.printf("فشار: %.4f atm%n", pressure);
57    }
58}
59

1#include <iostream>
2#include <iomanip>
3
4class IdealGasLaw {
5private:
6    // ثابت گاز به L·atm/(mol·K)
7    static constexpr double R = 0.08206;
8    
9    // تبدیل سانتی‌گراد به کلوین
10    static double celsiusToKelvin(double celsius) {
11        return celsius + 273.15;
12    }
13    
14    // تبدیل کلوین به سانتی‌گراد
15    static double kelvinToCelsius(double kelvin) {
16        return kelvin - 273.15;
17    }
18    
19public:
20    // محاسبه فشار
21    static double calculatePressure(double moles, double volume, double temperatureCelsius) {
22        double temperatureKelvin = celsiusToKelvin(temperatureCelsius);
23        return (moles * R * temperatureKelvin) / volume;
24    }
25    
26    // محاسبه حجم
27    static double calculateVolume(double moles, double pressure, double temperatureCelsius) {
28        double temperatureKelvin = celsiusToKelvin(temperatureCelsius);
29        return (moles * R * temperatureKelvin) / pressure;
30    }
31    
32    // محاسبه مول‌ها
33    static double calculateMoles(double pressure, double volume, double temperatureCelsius) {
34        double temperatureKelvin = celsiusToKelvin(temperatureCelsius);
35        return (pressure * volume) / (R * temperatureKelvin);
36    }
37    
38    // محاسبه دما
39    static double calculateTemperature(double pressure, double volume, double moles) {
40        double temperatureKelvin = (pressure * volume) / (moles * R);
41        return kelvinToCelsius(temperatureKelvin);
42    }
43};
44
45int main() {
46    // مثال: محاسبه حجم در STP
47    double volume = IdealGasLaw::calculateVolume(1, 1, 0);
48    std::cout << "حجم: " << std::fixed << std::setprecision(4) << volume << " L" << std::endl;
49    
50    return 0;
51}
52

سوالات متداول (FAQ)

دما و فشار استاندارد (STP) چیست؟

دما و فشار استاندارد (STP) به شرایط مرجع خاصی اشاره دارد که در اندازه‌گیری‌های علمی و محاسبات استفاده می‌شود. تعریف معمولاً پذیرفته شده دما ۰ درجه سانتی‌گراد (۲۷۳.۱۵ K) و فشار ۱ اتمسفر (۱۰۱.۳۲۵ kPa) است. این شرایط استاندارد به دانشمندان اجازه می‌دهد تا رفتار گازها را به طور مداوم در آزمایش‌ها مقایسه کنند.

قانون گاز ایده‌آل چیست؟

قانون گاز ایده‌آل معادله‌ای بنیادی در شیمی و فیزیک است که رفتار گازها را توصیف می‌کند. این قانون به صورت PV = nRT بیان می‌شود، که در آن P فشار، V حجم، n تعداد مول‌ها، R ثابت گاز جهانی و T دما به کلوین است. این معادله قوانین بویل، چارلز و آووگادرو را در یک رابطه واحد ترکیب می‌کند.

مقدار ثابت گاز (R) چیست؟

مقدار ثابت گاز (R) به واحدهای استفاده شده بستگی دارد. در زمینه قانون گاز ایده‌آل با فشار به اتمسفر (atm) و حجم به لیتر (L)، R = ۰.۰۸۲۰۶ L·atm/(mol·K) است. مقادیر دیگر شامل ۸.۳۱۴ J/(mol·K) و ۱.۹۸۷ cal/(mol·K) می‌باشد.

دقت قانون گاز ایده‌آل چقدر است؟

قانون گاز ایده‌آل در شرایط فشار کم و دماهای بالا نسبت به نقاط بحرانی آن گازها دقیق‌ترین است. در فشارهای بالا یا دماهای پایین که نیروهای بین مولکولی و حجم مولکولی اهمیت پیدا می‌کنند، دقت آن کاهش می‌یابد. برای این شرایط، معادلات پیچیده‌تری مانند معادله وان در والز پیش‌بینی‌های بهتری ارائه می‌دهند.

حجم مولی یک گاز ایده‌آل در STP چقدر است؟

در STP (۰ درجه سانتی‌گراد و ۱ atm)، یک مول از یک گاز ایده‌آل تقریباً ۲۲.۴ لیتر اشغال می‌کند. این مقدار به طور مستقیم از قانون گاز ایده‌آل به دست می‌آید و یک مفهوم بنیادی در شیمی و فیزیک است.

چگونه بین سانتی‌گراد و کلوین تبدیل کنیم؟

برای تبدیل از سانتی‌گراد به کلوین، ۲۷۳.۱۵ را به دمای سانتی‌گراد اضافه کنید: K = °C + ۲۷۳.۱۵. برای تبدیل از کلوین به سانتی‌گراد، ۲۷۳.۱۵ را از دمای کلوین کم کنید: °C = K - ۲۷۳.۱۵. مقیاس کلوین از صفر مطلق شروع می‌شود، که برابر با -۲۷۳.۱۵°C است.

آیا دما می‌تواند در قانون گاز ایده‌آل منفی باشد؟

در قانون گاز ایده‌آل، دما باید به کلوین بیان شود، که نمی‌تواند منفی باشد زیرا مقیاس کلوین از صفر مطلق (۰ K یا -۲۷۳.۱۵°C) شروع می‌شود. دمای منفی کلوین قوانین ترمودینامیک را نقض می‌کند. هنگام استفاده از قانون گاز ایده‌آل، همیشه اطمینان حاصل کنید که دما به کلوین تبدیل شده است.

چه اتفاقی برای حجم گاز می‌افتد وقتی فشار افزایش می‌یابد؟

طبق قانون بویل (که در قانون گاز ایده‌آل گنجانده شده است)، حجم یک گاز به طور معکوس با فشار آن در دمای ثابت و مقدار ثابت رابطه دارد. این بدین معناست که اگر فشار افزایش یابد، حجم به طور متناسب کاهش می‌یابد و برعکس. به‌طور ریاضی، P₁V₁ = P₂V₂ زمانی که دما و مقدار گاز ثابت بمانند.

چگونه قانون گاز ایده‌آل به چگالی مربوط می‌شود؟

چگالی (ρ) یک گاز می‌تواند از قانون گاز ایده‌آل با تقسیم جرم بر حجم به دست آید. از آنجا که n = m/M (که در آن m جرم و M وزن مولکولی است)، می‌توانیم قانون گاز ایده‌آل را به این صورت تغییر دهیم: ρ = m/V = PM/RT. این نشان می‌دهد که چگالی گاز به فشار و وزن مولکولی به طور مستقیم و به دما به طور معکوس وابسته است.

چه زمانی باید از قوانین گاز جایگزین به جای قانون گاز ایده‌آل استفاده کنم؟

شما باید در نظر بگیرید که از قوانین گاز جایگزین (مانند معادله وان در والز یا معادله ردلیچ-کوانگ) زمانی استفاده کنید که:

• با گازها در فشارهای بالا (>۱۰ atm) کار می‌کنید
• با گازها در دماهای پایین (نزدیک به نقاط چگالش آن‌ها) کار می‌کنید
• با گازهایی که نیروهای بین مولکولی قوی دارند سر و کار دارید
• به دقت بالایی در محاسبات برای گازهای واقعی (غیر ایده‌آل) نیاز دارید
• گازها را در نزدیکی نقاط بحرانی خود مطالعه می‌کنید

منابع

1. آتکینز، P. W.، و دِ پائولا، J. (۲۰۱۴). شیمی فیزیکی آتکینز (ویرایش ۱۰). انتشارات آکسفورد.

2. چانگ، R. (۲۰۱۹). شیمی (ویرایش ۱۳). انتشارات مک‌گرا-هیل.

3. IUPAC. (۱۹۹۷). فرهنگ‌نامه اصطلاحات شیمی (ویرایش ۲) (کتاب "طلایی"). گردآوری شده توسط A. D. McNaught و A. Wilkinson. انتشارات علمی بلک‌ول، آکسفورد.

4. لید، D. R. (ویرایش). (۲۰۰۵). کتاب راهنمای شیمی و فیزیک CRC (ویرایش ۸۶). انتشارات CRC.

5. پتروچی، R. H.، هرینگ، F. G.، مادورا، J. D.، و بیسونت، C. (۲۰۱۶). شیمی عمومی: اصول و کاربردهای مدرن (ویرایش ۱۱). انتشارات پیرسون.

6. زومدال، S. S.، و زومدال، S. A. (۲۰۱۶). شیمی (ویرایش ۱۰). انتشارات کنگاژ.

7. موسسه ملی استانداردها و فناوری. (۲۰۱۸). کتاب وب شیمی NIST، SRD ۶۹. https://webbook.nist.gov/chemistry/

8. اتحادیه بین‌المللی شیمی محض و کاربردی. (۲۰۰۷). کمیت‌ها، واحدها و نمادها در شیمی فیزیکی (ویرایش ۳). انتشارات RSC.

امروز ماشین حساب STP ما را امتحان کنید تا محاسبات قانون گاز ایده‌آل خود را ساده کنید! چه شما یک دانش‌آموز باشید که روی تکالیف شیمی کار می‌کند، یک محقق که رفتار گاز را تحلیل می‌کند، یا یک حرفه‌ای که سیستم‌های مرتبط با گاز را طراحی می‌کند، ماشین حساب ما نتایج سریع و دقیقی برای تمام نیازهای قانون گاز ایده‌آل شما ارائه می‌دهد.