STP Hesaplayıcısı: İdeal Gaz Yasası (PV = nRT)

İdeal gaz yasası hesaplayıcısı, PV = nRT denklemini kullanarak bir gazın basıncını, hacmini, sıcaklığını veya miktarını bulur. Kullanıcı dört değerden herhangi üçünü girer ve hesaplayıcı eksik olanı hesaplar.

STP nedir?

STP, Standart Sıcaklık ve Basınç anlamına gelir. Farklı deneylerdeki gaz ölçümlerinin eşit koşullarda karşılaştırılabilmesi için kimyada kullanılan sabit bir referans noktasıdır. Bu hesaplayıcı STP'yi 0 °C (273,15 K) ve basınç olarak 1 atmosfer (atm) şeklinde tanımlar; bu, çoğu ders kitabında hâlâ kullanılan eski kabuldür. IUPAC, 1982 yılından beri farklı bir standart basınç kullanmaktadır: 0 °C ve 100 kPa; bu değer 1 atm'den (101,325 kPa) biraz düşüktür.

İdeal gaz yasası formülü

İdeal gaz yasası şöyledir:

PV = nRT

Her harf gazın bir özelliğini temsil eder:

• P, atmosfer cinsinden (atm) basınçtır
• V, litre cinsinden (L) hacimdir
• n, mol cinsinden (mol) gaz miktarıdır
• T, kelvin cinsinden (K) sıcaklıktır
• R, gaz sabitidir. Bu hesaplayıcı R = 0,0820574 L·atm/(mol·K) değerini kullanır

Gaz sabitinin SI birimlerindeki kesin değeri şöyledir: R = 8,31446261815324 J/(mol·K). Standart bir atmosfer de 101.325 Pa değerinde kesin bir değerdir. Birincinin ikincisine bölünmesi, R'yi bu hesaplayıcının kullandığı birimlere dönüştürür: 8,31446261815324 ÷ 101,325 = 0,08205736608 L·atm/(mol·K). Birçok ders kitabı bunu 0,08206 olarak yuvarlar; bu da sonucu yaklaşık %0,003 oranında değiştirir.

Denklemin çalışması için sıcaklığın kelvin cinsinden olması gerekir. Hesaplayıcı sıcaklığı Celsius cinsinden ister ve bunu dahili olarak 273,15 ekleyerek dönüştürür (K = °C + 273,15).

Basınç, hacim, sıcaklık veya mol nasıl hesaplanır?

Bilinmeyen değeri bulmak için denklem yeniden düzenlenebilir.

• Basınç: P = nRT / V
• Hacim: V = nRT / P
• Sıcaklık: T = PV / (nR); ardından kelvin cinsinden sonuç tekrar Celsius'a dönüştürülür
• Mol: n = PV / (RT)

Hesaplayıcıyı kullanmak için bulunacak değeri seçin, ardından diğer üç alanı doldurun. Basınç, hacim ve mol miktarının her biri sıfırdan büyük olmalıdır. Sıcaklık mutlak sıfırın, yani -273,15 °C değerinin üzerinde olmalıdır.

Örnek: STP'de basıncı bulma

Bir gaz örneğinin 1 molü (n = 1), 22,4 litre hacmi (V = 22,4 L) ve 0 °C sıcaklığı vardır; bu sıcaklık 273,15 K'ye eşittir.

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

Sonuç, beklenildiği gibi 1 atm değerine yakındır: STP'de bir mol ideal gaz yaklaşık 22,4 litre yer kaplar.

Örnek: hacmi bulma

Bir gaz örneğinin 1 molü (n = 1), 1 atm basıncı ve 25 °C sıcaklığı vardır; bu sıcaklık 298,15 K'ye eşittir.

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

Sıcaklık daha yüksek olduğu için hacim STP'dekinden daha büyüktür.

Formülün kaynağı

İdeal gaz yasası, daha önce ortaya konmuş üç ilişkiyi birleştirir. Boyle yasası, sıcaklık sabit kaldığında basınç ile hacmin birlikte nasıl değiştiğini açıklar. Charles yasası, basınç sabit kaldığında hacim ile sıcaklığın birlikte nasıl değiştiğini açıklar. Avogadro yasası, basınç ve sıcaklık sabit kaldığında hacmin gaz miktarıyla nasıl değiştiğini açıklar. Bu üçünün birleştirilmesiyle PV = nRT elde edilir.

İdeal gaz yasasının geçerli olduğu durumlar

İdeal gaz yasası, gaz taneciklerini birbirini çekmeyen veya itmeyen noktalar olarak kabul eder. Gerçek gazlar yalnızca belirli koşullarda bu şekilde davranır. Formül, düşük basınçta ve yüksek sıcaklıkta, gazın sıvıya dönüşeceği noktadan uzaktayken en iyi sonucu verir. Çok yüksek basınçta veya çok düşük sıcaklıkta gerçek gazların davranışı formülden sapar; bu nedenle sonuçlar daha az kesin olur.

Yaygın kullanım alanları

Kimya öğrencileri, ders kitabı ve laboratuvar sorularını kontrol etmek için ideal gaz yasasını kullanır. Laboratuvar çalışanları, deney sırasında bir gaz örneğinin basıncı, hacmi ve sıcaklığı arasındaki ilişkiyi kurmak için bu yasadan yararlanır. Mühendisler ise gaz depolama kapasitesini belirleme veya gaz hacminin sıcaklıkla nasıl değişeceğini tahmin etme gibi işlerde yaklaşık hesaplamalar yapar.

Sık sorulan sorular

Gaz sabiti R nedir?

Basınç atmosfer, hacim litre cinsinden ölçüldüğünde R, 0,0820574 L·atm/(mol·K) değerindedir. Aynı sabit, SI birimlerinde 8,31446261815324 J/(mol·K) değerindedir; bu değer, SI'nin 2019 revizyonuyla kesin olarak sabitlenmiştir.

Hesaplayıcı sıcaklığı Celsius veya kelvin cinsinden mi alır?

Celsius cinsinden alır. Hesaplayıcı, denklemi çözmeden önce değeri otomatik olarak kelvine dönüştürür.

Sıcaklık neden -273,15 °C değerinin üzerinde olmalıdır?

-273,15 °C veya 0 K, var olabilecek en düşük sıcaklık olan mutlak sıfırdır. İdeal gaz yasası bunun altındaki değerler için tanımlı değildir.

Standart Sıcaklık ve Basınç (STP) nedir?

STP, 0 °C (273,15 K) ve 1 atm'dir. Bilim insanlarına gaz ölçümlerini karşılaştırmak için ortak bir referans noktası sağlar.

STP'de bir mol gaz kaç litre yer kaplar?

22,4140 litre; sıcaklık 0 °C ve basınç 1 atm olduğunda. Hesaplayıcı, n = 1 mol, P = 1 atm ve T = 0 °C değerleriyle hacmi bulacak şekilde ayarlandığında, ideal gazın yayımlanmış molar hacmiyle uyuşan bu sonucu verir.

Basınç, hacim veya mol sıfır ya da negatif olabilir mi?

Hayır. Bir gaz örneğinin sıfır veya negatif basınca, hacme ya da miktara sahip olması mümkün değildir; bu nedenle hesaplayıcı bu üç alanın her birinin sıfırdan büyük olmasını gerektirir.