Kalkulator STP: zakon idealnega plina (PV = nRT)

Kalkulator zakona idealnega plina izračuna tlak, prostornino, temperaturo ali količino plina z uporabo enačbe PV = nRT. Uporabnik vnese katere koli tri od štirih vrednosti, kalkulator pa izračuna manjkajočo.

Kaj je STP?

STP je kratica za standardno temperaturo in tlak. Gre za določeno referenčno točko, ki se uporablja v kemiji, da je mogoče meritve plinov iz različnih poskusov primerjati pod enakimi pogoji. Ta kalkulator opredeljuje STP kot 0 °C (273,15 K) in tlak 1 atmosfere (atm), kar je starejša konvencija, ki se še vedno uporablja v večini učbenikov. IUPAC od leta 1982 uporablja drugačen standardni tlak: 0 °C in 100 kPa, kar je nekoliko manj od 1 atm (101,325 kPa).

Enačba zakona idealnega plina

Zakon idealnega plina je:

PV = nRT

Vsaka črka predstavlja eno lastnost plina:

• P je tlak v atmosferah (atm)
• V je prostornina v litrih (L)
• n je količina plina v molih (mol)
• T je temperatura v kelvinih (K)
• R je plinska konstanta. Ta kalkulator uporablja R = 0,0820574 L·atm/(mol·K)

Plinska konstanta ima v enotah SI natančno vrednost: R = 8,31446261815324 J/(mol·K). Ena standardna atmosfera je prav tako natančno določena in znaša 101.325 Pa. Če eno vrednost delimo z drugo, pretvorimo R v enote, ki jih uporablja ta kalkulator: 8,31446261815324 ÷ 101,325 = 0,08205736608 L·atm/(mol·K). V številnih učbenikih se ta vrednost zaokroži na 0,08206, zaradi česar se rezultat spremeni za približno 0,003 %.

Temperatura mora biti v kelvinih, da enačba deluje. Kalkulator zahteva temperaturo v stopinjah Celzija in jo interno pretvori tako, da prišteje 273,15 (K = °C + 273,15).

Kako izračunati tlak, prostornino, temperaturo ali količino snovi

Enačbo je mogoče preoblikovati tako, da izračunamo katero koli neznano vrednost.

• Tlak: P = nRT / V
• Prostornina: V = nRT / P
• Temperatura: T = PV / (nR), nato se rezultat v kelvinih pretvori nazaj v stopinje Celzija
• Količina snovi: n = PV / (RT)

Za uporabo kalkulatorja izberite vrednost, ki jo želite izračunati, nato izpolnite preostala tri polja. Vsak od tlaka, prostornine in količine snovi mora biti večji od nič. Temperatura mora biti višja od absolutne ničle, -273,15 °C.

Primer: izračun tlaka pri STP

Vzorec plina ima 1 mol (n = 1), prostornino 22,4 litra (V = 22,4 L) in temperaturo 0 °C, kar ustreza 273,15 K.

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

Rezultat je blizu 1 atm, kar je pričakovano: en mol idealnega plina pri STP zavzema približno 22,4 litra.

Primer: izračun prostornine

Vzorec plina ima 1 mol (n = 1), tlak 1 atm in temperaturo 25 °C, kar ustreza 298,15 K.

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

Prostornina je večja kot pri STP, ker je temperatura višja.

Izvor formule

Zakon idealnega plina združuje tri starejše zveze. Boylov zakon opisuje, kako se tlak in prostornina spreminjata skupaj, ko temperatura ostaja nespremenjena. Charlesov zakon opisuje, kako se prostornina in temperatura spreminjata skupaj, ko tlak ostaja nespremenjen. Avogadrov zakon opisuje, kako se prostornina spreminja s količino plina, ko tlak in temperatura ostajata nespremenjena. Z združitvijo vseh treh dobimo PV = nRT.

Kdaj je zakon idealnega plina natančen

Zakon idealnega plina obravnava delce plina kot točke, ki se med seboj ne privlačijo in ne odbijajo. Pravi plini se tako obnašajo le v določenih pogojih. Formula je najnatančnejša pri nizkem tlaku in visoki temperaturi, daleč od točke, pri kateri bi se plin utekočinil. Pri zelo visokem tlaku ali zelo nizki temperaturi se obnašanje pravega plina začne razlikovati od formule, zato so rezultati manj natančni.

Pogoste uporabe

Študenti kemije uporabljajo zakon idealnega plina za preverjanje nalog iz učbenikov in laboratorijskih nalog. Laboratorijsko osebje ga uporablja za povezovanje tlaka, prostornine in temperature vzorca plina med poskusom. Inženirji ga uporabljajo za približne ocene pri nalogah, kot sta določanje velikosti skladišča za plin ali napovedovanje spremembe prostornine plina s temperaturo.

Pogosta vprašanja

Kaj je plinska konstanta R?

R je 0,0820574 L·atm/(mol·K), kadar je tlak merjen v atmosferah in prostornina v litrih. Ista konstanta ima v enotah SI vrednost 8,31446261815324 J/(mol·K), ki je bila natančno določena z revizijo sistema SI iz 2019.

Ali kalkulator uporablja temperaturo v stopinjah Celzija ali kelvinih?

Uporablja stopinje Celzija. Kalkulator pred reševanjem enačbe vrednost samodejno pretvori v kelvine.

Zakaj mora biti temperatura višja od -273,15 °C?

-273,15 °C oziroma 0 K je absolutna ničla, najnižja možna temperatura. Zakon idealnega plina pod to vrednostjo ni definiran.

Kaj sta standardna temperatura in tlak (STP)?

STP sta 0 °C (273,15 K) in 1 atm. Znanstvenikom zagotavlja skupno referenčno točko za primerjavo meritev plinov.

Koliko litrov zavzema en mol plina pri STP?

22,4140 litra pri 0 °C in 1 atm. Če kalkulator nastavite tako, da izračuna prostornino pri n = 1 mol, P = 1 atm in T = 0 °C, dobite to vrednost, ki se ujema z objavljeno molsko prostornino idealnega plina.

Ali so lahko tlak, prostornina ali količina snovi enaki nič ali negativni?

Ne. Vzorec plina ne more imeti ničelnega ali negativnega tlaka, prostornine ali količine snovi, zato kalkulator zahteva, da so vsa tri polja večja od nič.